Descripción

La energía que mueve el mundo se ha convertido en un problema crucial en la actualidad, ya que la creciente demanda energética de los países industrializados como de los países en vías de desarrollo va minando nuestro ecosistema cada día más, ya que la energía es la fuente que mueve el desarrollo económico y social de todos los países.

 

En los últimos años, se ha reconocido como inevitable que el consumo energético dependa únicamente de los hidrocarburos, buscando aplicaciones energéticas más diversificadas, lo que implica el aprovechamiento de la variedad de fuentes de energía renovables. Siendo el sol indiscutiblemente una de las fuentes inagotables para el hombre.

 

El sol provee una energía limpia, abundante y disponible en la mayor parte de la superficie terrestre y puede por lo tanto, liberarnos de los problemas ambientales generados por los combustibles convencionales, como el petróleo, y de otras alternativas energéticas, como las centrales nucleares. Sin embargo, a pesar de los avances tecnológicos de las últimas décadas, el aprovechamiento de esta opción ha sido insignificante, comparándolo con el consumo global de la energía en el mundo.

 

La radiación solar que recibe una superficie horizontal es del orden de 1 kW/m2 al mediodía, variando según la latitud del lugar, nubosidad, humedad y otros factores, pero su principal problema es su intermitencia. En invierno, que es generalmente cuando más se necesita, es menor, de modo que en la mayoría de los casos la disponibilidad no coincide con la autonomía determinada y además, en caso de superarse el mismo tendremos que contar con el apoyo de sistemas de respaldo o fuentes suplementarías de energía, como las convencionales de gas y electricidad.

 

 

De esta manera, para lograr una solución técnica que optimice las inversiones a realizar, en cada caso particular es necesario analizar detenidamente cual es el tiempo de autonomía adecuado para la instalación, teniendo en cuenta que cuanto mayor es la capacidad de almacenamiento, menor es el tamaño de las fuentes energéticas de apoyo.

 

Una de las claves del éxito de la utilización de la energía solar térmica consiste precisamente en la elección de la aplicación adecuada, con la tecnología adecuada y en el lugar o zona adecuados. Por el contrario, la falta de información entre usuarios o la escasa profesionalidad de algunos instaladores, han llegado a intentar obtener de la energía solar aquello que sobrepasa sus limitaciones, conduciendo inevitablemente al fracaso.

 

La experiencia de las dos últimas décadas, evaluando y observando el comportamiento de instalaciones de energía solar de todo tipo, nos han permitido enumerar de forma bastante precisa aquellas aplicaciones concretas en las que es recomendable y práctico hacer intervenir a la energía solar, bien como energía única o apoyada por algún tipo de energía convencional, así como desaconsejar, al menos por el momento, su utilización en otras aplicaciones.

 

Comenzaremos por la conversión térmica a baja temperatura, cuya aplicación más idónea es, sin duda alguna, la obtención de agua caliente para diversos usos.

 

El agua caliente consumida en usos higiénicos y sanitarios, tanto a nivel doméstico (vivienda unifamiliar o plurifamiliar), como para otras colectividades (hoteles, hospitales, residencias, instalaciones deportivas, etc.) puede ser obtenida en una gran proporción mediante un sistema de colectores solares térmicos.

 

Únicamente en regiones de muy abundante nubosidad y escaso soleamiento no es rentable la inversión de una instalación solar para agua caliente sanitaria. En cualquier caso, la inversión se amortiza merced a la autonomía que proporciona y al ahorro de energía convencional.

 

Dependiendo fundamentalmente de las condiciones ambientales, pero también de otros factores, como el perfil del consumo, normalmente la aportación de la energía solar viene a suponer entre un 40 y un 80 % de las necesidades energéticas totales.

 

Aunque, aumentando el número de colectores y el volumen del acumulador, pueden obtenerse mayores porcentajes, no es rentable hacerlo, pues a partir de un cierto valor, un pequeño aumento en la aportación solar requiere un aumento de la inversión, no justificado por el mayor ahorro que se puede esperar obtener. Así pues, existe un punto óptimo, o mejor, un intervalo óptimo, en el que el ahorro es considerable y la inversión razonable, de forma que en pocos años pueda ser amortizada.

 

Aún así, y puesto que el precio de estas energías convencionales no es actualmente muy alto, los cálculos estrictamente económicos nos llevan a períodos de amortización que pueden parecer elevados (típicamente entre 5 y 10 años), por lo que la decisión de efectuar una instalación solar para agua caliente sanitaria debe apoyarse, además, en otras consideraciones no menos importantes: autonomía energética y respeto ecológico.

 

El porcentaje de energía necesaria para calentar el agua que no logra ser satisfecho por la energía solar, que corresponde al agua consumida en los períodos de nubosidad, debe ser aportado por alguna fuente de energía convencional (electricidad, gas, combustible líquido, etc.), integrado en la propia instalación solar o independiente de ella.

 

Muchos potenciales clientes que se dirigen a un instalador o especialista en energía solar preguntan si sería posible ahorrar en la calefacción de sus viviendas haciendo uso de colectores solares.

 

Es preciso responder a esta posible y frecuente pregunta de forma categórica, conforme a las limitaciones propias de la actual tecnología de conversión solar térmica, y evitar así crear falsas expectativas.

 

Las dificultades para conseguir acumulaciones térmicas superiores a las 48 horas y la necesidad de disponer de calefacción durante todos los días fríos, sin excepción, que precisamente suelen coincidir con los períodos de menor soleamiento, hacen que únicamente recomendemos este tipo de instalaciones en casos muy determinados, entre los que citaremos:

  • Residencias y establecimientos hoteleros de zonas con un elevado número de horas de sol en invierno, aunque con temperaturas bajas.

  • Edificios con un alto grado de aislamiento térmico, donde no existan problemas de espacio para la ubicación de los colectores y con facilidad para el mantenimiento y control de la instalación (por ejemplo: industrias, centros de enseñanza, etc.), siempre que estén situados en regiones frías pero soleadas.

  • Proyectos de construcción en los que esté previsto un gran sistema de energía solar para otros usos (agua caliente, climatización de piscinas, etc.), en los que, sin existir problemas de espacio, pueda cumplirse con relativa facilidad para cubrir parcialmente las necesidades de calefacción.

  • Cuando se proyecte o ya exista un sistema de calefacción mediante suelo radiante con una energía convencional puede resultar interesante interconectar dicho sistema con otro solar. La instalación solar, además de proporcionar el agua caliente necesaria para el consumo, podría ahorrar una apreciable cantidad de energía, al aprovechar el calor sobrante para mantener el circuito del suelo radiante a la temperatura requerida. Como éste es el único sistema de calefacción que requiere temperaturas del fluido caloportador de solamente unos cuarenta grados centígrados, resulta perfecto para combinarlo con colectores solares planos, los cuales a esa temperatura ofrecen un excelente rendimiento.

 

Fuera de estos casos concretos, la mejor forma de ahorrar en calefacción aprovechando la energía solar es hacer uso de la llamada energía solar pasiva, es decir, aquella que penetra de forma natural por ventanas y cristales convenientemente orientados, y evitando al máximo la pérdida de calor, extremando el aislamiento y tomando todas las medidas posibles (doble ventana o al menos doble vidrio, carpintería exterior no metálica, aislamiento de cubiertas, etc.).

 

¿Que es una instalación solar térmica?

Es un sistema de aprovechamiento de energía solar para la producción de agua caliente. Una instalación de energía solar térmica concentra el calor del sol acumulado en unos paneles denominados colectores y la transmite, bien al agua corriente que usamos en nuestras casas para ducharnos, fregar, etc., o bien al fluido usado para la calefacción mediante radiadores o suelo radiante. Es por tanto – un sistema que concentra y transmite el calor solar desde un sitio a otro, sin producir electricidad en ningún caso – al contrario de las placas fotovoltaicas que generan corriente eléctrica.

 

Básicamente el funcionamiento de una instalación solar térmica está compuesta por dos partes esenciales que son las siguientes:

  • Los captadores solares térmicos, que tienen como función la captación de la energía radiante para transformarla directamente en energía térmica, con el aumento de temperatura de un fluido de trabajo.

  • Un depósito de acumulación; que permite el almacenamiento de dicha energía térmica, bien en el mismo fluido de trabajo de los colectores, o bien transferida al agua de consumo para su posterior utilización.

Toda instalación solar térmica está compuesta por dos circuitos, denominándose circuito primario al circuito hidráulico formado por los colectores y las tuberías que se unen al circuito secundario, es decir al acumulador, que se encarga de recoger la energía térmica del colector y transferirla al acumulador solar directamente o a través de un intercambiador de calor. De manera que por el circuito secundario siempre circula agua de consumo. La transferencia de energía solar al agua del acumulador se realiza por la circulación del fluido a través del sistema de intercambio, al transmitir el calor al agua de consumo. El agua caliente del sistema de acumulación queda almacenada y dispuesta para ser consumida.

 

Recomendamos igualmente que se instale un sistema auxiliar que se encargará de apoyar al sistema térmico cuando la radiación solar sea escasa o nula (sobre todo en invierno). Cuando la temperatura del agua caliente solar es inferior a la del consumo, sobre uno 45º, el sistema de energía auxiliar (caldera de biomasa, gasoleo, propano, gas natural, electricidad u otros) se encargará del calentamiento adicional hasta alcanzar la temperatura deseada.

Tecnología

La conversión térmica de la energía solar constituye la aplicación más simple, ya que no requiere necesariamente tecnología sofisticada ni costosos materiales.

 

En realidad, lo que hace cualquier colector solar térmico es sencillamente algo tan habitual como dejarse calentar por el Sol y transmitir la energía térmica a un medio capaz de trasladarla, a su vez, hasta el lugar en que interese acumularla.

 

El colector solar, aunque simple en cuanto a su concepción, requiere poseer unas características excepcionales en cuanto a cualidades tales como durabilidad, hermeticidad e inalterabilidad que lo diferencian de otros productos.

 

El fracaso a corto o medio plazo de muchas marcas de colectores, que han demostrado ser incapaces de soportar el paso de unos pocos años manteniendo un rendimiento razonable, demuestra la existencia de un error de partida, causante al menos en parte de un inmerecido descrédito de las instalaciones solares, que se produjo a lo largo de la década de los ochenta, y es el de subestimar los efectos combinados del Sol y de los agentes meteorológicos sobre los materiales convencionales.

 

En efecto, el Sol es uno de los factores más terriblemente devastadores para muchos materiales y objetos que se encuentran permanentemente bajo su acción directa.

 

Combinada con los agentes atmosféricos y la acción química de las sustancias presentes en el aire, principalmente en el aire húmedo, la radiación solar deteriora y degrada muchos de los componentes habitualmente presentes en productos destinados a ser utilizados en interiores, protegidos de la luz solar.

 

El vidrio, la cerámica y ciertas aleaciones metálicas son ejemplos de materiales casi inalterables por el Sol, que pueden resistir su acción ininterrumpida durante muchos años, pero por el contrario, las pinturas, los plásticos, ciertos materiales y los adhesivos industriales, que tienen un excelente comportamiento en la mayor parte de las aplicaciones, sufren una inevitable degradación si son expuestos a la intemperie.

 

Si los efectos de la exposición al sol nos obligan a restaurar o sustituir los muebles y otros objetos con relativa frecuencia, no sería práctico permitir que esto también ocurriera con los colectores, ya que los costes de mantenimiento harían que la instalación no resultara rentable.

 

La primera cualidad que hay que exigir a un colector solar es su inalterabilidad durante muchos años, como mínimo veinte, sin pérdida sensible de sus propiedades y rendimiento.

 

Esta exigencia tiene prioridad respecto a otras, como puede ser la obtención de un rendimiento (capacidad de aprovechamiento de la energía solar incidente) algo mayor, que a menudo sirve, erróneamente, como única referencia a la hora de elegir una determinada marca o modelo.

 

Casi todos los colectores solares del mercado actual difieren en cuanto a su rendimiento en menos de un 10 % con respecto al valor medio de todos ellos, pero no se puede decir lo mismo en cuanto a su expectativa de vida útil.

 

Para lograr una durabilidad que permita al usuario despreocuparse casi totalmente de ellos, los colectores deben estar fabricados partiendo de materiales de óptima calidad, adecuados para las condiciones que van a soportar, y haber observado escrupulosamente todas las recomendaciones de los laboratorios de investigación y ensayo.

 

El más mínimo error o el más leve descuido en el diseño de absorbedores, o de la unión de éstos con la carcasa, o en la tolerancia de medidas, permiten arruinar completamente un proyecto de fabricación aparentemente bueno.

 

Hay que tener en cuenta que un colector va a estar sometido a continuos cambios de temperatura que provocarán variaciones de sus tres dimensiones por efecto de la dilatación y contracción, así como la aparición de tensiones que pueden ser peligrosas. Cada soldadura o cada tornillo ha de realizarse para soportar estas tensiones sin el menor problema.

 

Como consecuencia de la calidad obligada en el proceso del diseño y fabricación de un colector, el producto final no resulta ciertamente barato, pero sí será rentable, habida cuenta de que cumplirá satisfactoriamente su misión durante muchos años.

Aplicaciones

Agua Caliente Sanitaria

Según la normativa vigente, en los edificios con previsión de demanda de agua caliente sanitaria o de climatización de piscina cubierta, una parte de las necesidades energéticas térmicas derivadas de esa demanda se cubrirán mediante la incorporación en los mismos sistemas de energía solar de baja temperatura, adecuada a la radiaciación solar global de su emplazamiento y a la demanda de agua caliente del edificio”.

 

Más de un tercio de la energía que consumimos en nuestros hogares se emplea en calentar agua sanitaria a baja temperatura, para ser utilizada para fines como aseo personal, el lavado de ropa y vajilla, cocina, utensilios y limpieza. Por lo que la utilización de colectores solares térmicos para producción de agua caliente sanitaria es una aplicación ideal ya que la necesidad de agua caliente está presente durante todo el año.

Apoyo a Calefacción

La energía proveniente del sol, puede ser aprovechada para la producción de energía a unos costes realmente competitivos si los comparamos con las otras formas actuales de calentamiento de agua. Este tipo de energía, a parte de ser inagotable, evita la emisión al medio ambiente de gases contaminantes, siendo su utilización realmente fácil y fiable.

 

Las mayores cantidades de CO2 que emitimos a la atmósfera son por el uso de la calefacción. Por lo que una de las aplicaciones más prácticas y rentables de los colectores solares térmicos es la calefacción, y sobre todo la calefacción de baja temperatura. Debemos conectar la instalación solar con el equipo auxiliar, pero el consumo de éste se reducirá en porcentajes importantes, debido al precalentamiento del circuito que realizamos con los colectores solares.

Climatización de Piscinas

Según la normativa vigente, en los edificios con previsión de demanda de agua caliente sanitaria o de climatización de piscina cubierta, una parte de las necesidades energéticas térmicas derivadas de esa demanda se cubrirán mediante la incorporación en los mismos sistemas de energía solar de baja temperatura, adecuada a la radiaciación solar global de su emplazamiento y a la demanda de agua caliente del edificio”.

 

Al climatizar una piscina descubierta aumentaremos la época de baño a todos los meses cuya temperatura ambiente media durante el día sea superior a 15º C, así conseguiremos aumentar la época de baño.

 

En las piscinas cubiertas, cuya utilización es durante todo el año, la climatización se realizará con colectores solares de tubos de vacío de alto rendimiento, siendo el propio vaso de la piscina el que hace las veces de depósito acumulador de agua y permitiendo un ahorro de combustible en el sistema convencional de climatización ya existente.

Refrigeración Solar

El funcionamiento de la refrigeración solar es similar al de las máquinas frigoríficas de compresión convencionales, pero en lugar de realizarse una compresión mecánica se hace una compresión térmica. Así permite producir la utilización de la instalación solar durante todo el año, aprovechando en invierno para calor y en meses de verano, de máxima radiación, cuando se produce más excedente de calor, para producir frío de manera más respetuosa con el medio ambiente.

Usos Industriales

El aprovechamiento de la energía solar térmica en los procesos industriales, puede realizarse de diferentes formas: Para el propio proceso industrial en el caso en el que se requiera agua a una determinada temperatura, con los colectores solares podemos obtener que una cantidad de agua previamente establecida consiga la temperatura deseada.

 

También existe la posibilidad de que el agua, a la temperatura deseada, se utilice para la industria alimentaria, industria textil, sector transportes (lavaderos de vehículos), explotaciones agropecuarias (vaquerías, granjas de pollos, granjas porcinas, etc.) y en general cualquier aplicación que requiera agua caliente o templada.

 

Otra opción sería aplicar la energía solar térmica para calefactar naves industriales: en contraste con otros tipos de edificios como oficinas o apartamentos, las naves de producción suelen ser edificios con gran altura, entre 5 y 10 metros, y por lo general requieren de temperaturas ambiente relativamente bajas, entre 15 y 18º C. Las bajas temperaturas requeridas y la sencillez de los sistemas de calefacción, son condiciones ideales para el empleo de energía solar, y abren un potencial de uso importante en el sector industrial.

 

En estas configuraciones los colectores cumplen multitud de funciones simultáneamente, como elementos propios de fachada que protegen de la intemperie, como elemento para proporcionar energía, y como aislantes, por el aislamiento propio del colector. Como los colectores se emplean normalmente para calentar, y las necesidades de agua caliente son por lo general reducidas en estas naves de producción, las fachadas o tejados en las que se instalan los colectores se orientan hacia el sol de invierno.

 

Aprovechando las instalaciones solares térmicas de este modo, conseguimos un rápido pay-back y contribuimos a bajar las emisiones de CO2 a la atmósfera.

 

Inversión

Para facilitar la puesta en marcha de este tipo de instalaciones se cuenta con sistemas de financiación mediante créditos blandos, así como la posibilidad de beneficiarse de ayudas fiscales por inversiones medioambientales.

 

Asimismo las distintas Administraciones Públicas apoyan periódicamente este tipo de instalaciones con subvenciones a fondo perdido.

Rentabilidad

Una típica instalación para agua caliente doméstica en una vivienda unifamiliar situada en un clima medio puede reducir a una tercera parte el importe del recibo de energía auxiliar por el calentamiento del agua, lo que sin duda alguna constituye un buen estímulo para el usuario.

 

En los edificios plurifamiliares la rentabilidad deberá ser mayor, pues siempre es más económica una instalación centralizada, dotada de uno o dos grandes acumuladores, que muchas instalaciones individuales. Sin embargo, problemas de espacio y de adaptación a la arquitectura existente hacen difícil en muchos casos la adecuación de una instalación solar a un edificio ya construido, siendo fundamental que el arquitecto considere en la fase de proyecto de la construcción al menos la posibilidad futura de ubicar un sistema de energía solar.

 

Los colegios, residencias, hoteles, complejos deportivos, etc. constituyen otro campo de aplicación excelente de la energía solar térmica, dada la considerable cantidad de agua caliente que necesitan. Al ahorro obtenido, se añade el indudable valor didáctico que estas instalaciones poseen y la favorable impresión que producen en el público en general.

 

Otro extenso campo de aplicación de la conversión térmica de la energía solar son los procesos industriales en los que se necesita agua caliente en abundancia.

 

Dependiendo de la temperatura requerida, ésta puede ser obtenida mediante los colectores solares exclusivamente o con ayuda de una energía convencional, a la que la energía solar sustituiría al menos parcialmente y que pasaría a actuar como energía auxiliar.

 

En las lavanderías, donde se suelen gastar diariamente varios miles de litros de agua caliente, el precalentamiento solar supone un ahorro considerable, siendo éste uno de los casos en que hemos observado amortizaciones más rápidas.

 

Existen multitud de procesos industriales, en los sectores químicos, de alimentación, tratamiento de residuos, etc., en los que se precisa agua a distintas temperaturas. En el rango entre los 60 y 80ºC encuentran una aplicación idónea de los colectores de vacío, que son los únicos que, sin concentración, pueden alcanzar estas temperaturas.

 

Una instalación de colectores de concentración no se justifica a menos que se necesite un volumen mensual de agua muy caliente (o de algún otro fluido) superior a los 500 m3.

 

En el medio rural y agrícola la energía solar térmica tiene mayor interés que en el medio urbano, debido a que la disponibilidad de energía convencional suele resultar más problemática que en la ciudad. Además, en las granjas no existen dificultades de espacio, por lo que una instalación solar no resulta incómoda en ningún caso, pudiendo proporcionar una autonomía considerable.

 

La climatización de piscinas, bien sean para mero disfrute o para uso terapéutico, constituye posiblemente la aplicación más rentable, dada la gran cantidad de energía convencional que requiere el mantenimiento de una temperatura agradable (entre 26 y 30º C), excepto en los meses tradicionalmente calurosos. Además, cada vez en más países, la legislación prohíbe gastar energía convencional para calentar piscinas privadas de uso meramente deportivo o recreativo.