Instalación solar térmica

La energía solar térmica consiste en el aprovechamiento del calor del Sol para calentar un fluido y poder generar agua caliente, bien para climatización, bien para  producir agua caliente para agua sanitaria. Aunque a nivel doméstico no está muy desarrollado, también se puede llegar a producir frío para climatizar una vivienda.

Gracias a estos sistemas, la energía usada para obtener el agua caliente es gratuita por lo que podremos reducir nuestra factura de electricidad. Además, como son sistemas muy eficientes, también conseguiremos reducir el consumo de agua en nuestra vivienda.

Usos de la energía solar térmica

Agua caliente sanitaria (ACS)

En relación a la generación de ACS gracias a una instalación de energía solar encontramos dos tipos de calentadores: de circuito abierto y de circuito cerrado.

En el primero, el agua potable pasa directamente por el colector solar. Este sistema reduce costos y es más eficiente (en términos de energía), pero eventualmente bloqueará las tuberías del panel en áreas donde la temperatura está por debajo del punto de congelación del agua y en áreas con alta salinidad, lo que puede causar problemas.

Calefacción y frío solar

La energía solar se puede utilizar para respaldar los sistemas de calefacción tradicionales (calderas de gas o eléctricas) a través de colectores solares y tanques de almacenamiento (calderas). Dependiendo del aislamiento, puede soportar edificios que generalmente representan del 10% al 40% de las necesidades de energía de calefacción. Para ello, el equipo o caldera debe tener un intercambiador de calor de placas (que conectará el sistema de calefacción solar a la caldera) y un regulador.

Calefacción y ventilación solar

Por otro lado, los colectores solares también se pueden utilizar para calentar y ventilar hogares, oficinas y locales comerciales. Estos sistemas de ventilación y calefacción de aire alimentados por energía solar se utilizan continuamente debido a su bajo costo, ahorro de energía y mejora de la calidad del aire interior

Componentes de la instalación

El elemento principal en una instalación de energía solar térmica son los colectores solares, los cuales se dividen en colectores de baja, media y alta temperatura.

El colector criogénico suele ser una placa plana que se utiliza para calentar agua. Los colectores de temperatura media suelen ser placas planas y se utilizan para calentar agua o aire con fines residenciales o comerciales. Los colectores de alta temperatura se suelen usar para generar electricidad para la red de transporte y distribución de un país.

Captadores solares

Un colector solar es un elemento que captura la radiación solar y la convierte en energía térmica. Como colectores solares, se conocen colectores planos sin protección ni aislamiento, colectores de tubo de vacío y colectores absorbedores.

El sistema de recolección plano con tapa de vidrio es el sistema más común en la producción de agua caliente sanitaria. El vidrio deja pasar los rayos del sol y calienta los tubos de metal, que transfieren calor al líquido del interior. A medida que aumenta el calor en la superficie oscura, el color del tubo se vuelve más oscuro.

El vidrio que cubre el captador no solo protege la instalación sino que también permite conservar el calor produciendo un efecto invernadero que mejora el rendimiento del captador.

Los colectores solares se componen de los siguientes elementos:

• Cubierta: Es transparente y puede existir o no. Suele ser de vidrio, aunque también se usa plástico porque es barato y fácil de manejar, pero debe ser un plástico especial. Su función es minimizar las pérdidas ocasionadas por convección y radiación, por lo que debe tener la mayor transmitancia solar posible.
• Canal de aire: Es un espacio (que puede o no estar vacío) que separa el revestimiento del tablero de absorción. Al calcular su espesor, es necesario considerar el equilibrio entre las pérdidas por convección y la alta temperatura que puede ocurrir si es demasiado estrecho.
• Placa absorbente: La placa absorbente es el elemento que absorbe la energía solar y la transmite al líquido que circula por las tuberías. La principal característica de la placa es que tiene que tener una gran absorción solar y una emisión térmica reducida. Como los materiales comunes no cumplen con este requisito, se utilizan materiales combinados para obtener la mejor relación absorción/emisión.
• Tubos o conductos: Los tubos están tocando (a veces soldadas) la placa absorbente para que el intercambio de energía sea lo más grande posible. Por los tubos circula el líquido que se calentará e irá hacia el tanque de acumulación.
• Capa aislante: El propósito de la capa aislante es cubrir el sistema para evitar y minimizar pérdidas. Para obtener el mejor efecto de aislamiento, el material aislante debe tener una conductividad térmica baja.

Circuito primario

El circuito principal es un circuito cerrado que transfiere calor del colector al acumulador (sistema de almacenamiento de calor). El líquido calentado (agua o una mezcla de sustancias que pueden transferir calor) aporta calor al acumulador. Después de enfriar, volverá al colector para recalentar, y así sucesivamente.

Intercambiador de calor

El intercambiador de calor calienta el agua potable a través del calor capturado por la radiación solar. Está ubicado al final del circuito principal. Su forma es como una serpentina, porque puede aumentar la superficie de contacto, mejorando así la eficiencia. Mientras el agua del tanque esté más fría que el serpentín, el agua se calentará. El agua calentada a pleno sol estará disponible para uso futuro.

Acumulador

El acumulador es un depósito donde se acumula el agua calentada útil para el consumo. Tiene una entrada para el agua fría y una salida para la caliente. La fría entra por debajo del acumulador donde se encuentra con el intercambiador, a medida que se calienta se desplaza hacia arriba, que es desde donde saldrá el agua caliente para el consumo.

Circuito secundario

El circuito auxiliar o de consumo (circuito abierto) entra en el suministro de agua fría, mientras que el otro extremo del agua caliente (ducha, lavabo, etc.) se consume. El agua fría fluye primero a través del acumulador, donde se calienta a una cierta temperatura. Las tuberías de agua caliente al aire libre deben estar cubiertas con materiales aislantes.

Bombas

Si se trata de una instalación de circulación forzada, estas bombas son del tipo de recirculación (normalmente dos en cada circuito), y funcionan medio día y la mitad el resto del tiempo. La instalación consiste en poner en funcionamiento el sistema y sustituir el reloj de la bomba, por lo que un reloj funciona durante las primeras 12 horas y las restantes 12 horas.

Vaso de expansión

El vaso de expansión absorbe el cambio en el volumen del fluido de transferencia de calor y el fluido circula a través del tubo de recolección de calor para mantener la presión adecuada y evitar la pérdida de calidad del fluido. Es un recipiente con una cámara de gas separada del líquido, y su presión inicial depende de la altura del equipo.

Tuberías

Las tuberías de la instalación se encuentran recubiertas de un aislante térmico para evitar pérdidas de calor con el entorno.

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