Panel solar térmico

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PANELES SOLARES TÉRMICOS
DESCRIPCIÓN
Un panel solar térmico (o colector solar), es un aparato que convierte la energía
solar en energía térmica y la almacena en un acumulador para su uso posterior.
PROPIEDADES Y CARACTERISTICAS
TIPOS DE CAPTADORES SOLARES TÉRMICOS
Los sistemas solares térmicos más difundidos y aceptados para conseguir el
aprovechamiento solar térmico aplicado a la edificación son:
1. Captador solar plano con cubierta
Un captador solar plano se compone de los siguientes elementos (Figura 1):
o
Cubierta Transparente: Normalmente de vidrio, a través del cual se
produce el efecto invernadero reforzando el efecto de absorción térmica.
o
Placa absorbedora: Suele ser metálica y poseer un recubrimiento especial
para optimizar la absorción de la radiación solar.
o
Aislante: En la parte posterior para evitar en lo posible las pérdidas
térmicas.
o
Conductos: Por los que circula el fluido que transporta la energía térmica
conseguida.
o
Caja: Normalmente de aluminio, que contiene el conjunto.
Existen en el mercado diversos tipos de captadores solares planos con diferentes
características, pero a modo orientativo sus dimensiones suelen oscilar entre los
0,80 – 1m de ancho por 2 – 2,5m de alto con un grosor de aproximadamente
10cm. Podemos encontrar captadores para utilizar tanto vertical como
horizontalmente, aunque esto dependerá del modelo del fabricante.
Figura 1. Captador solar plano con cubierta (Fuente: Agencia Andaluza de la Energía, 2009)
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2. Captador solar con tubos de vacío
El captador de tubo de vacío está formado por varios tubos solares que
transforman la radiación solar en energía térmica útil. Los tubos van insertados
en el colector por donde circula el fluido solar que actúa de intercambiador de
calor. Cada uno de los tubos está formado a su vez por los siguientes
componentes (Figura 2):
o
Tubo de vacío: el absorbedor se encuentra en el interior de un tubo de
vidrio en el que se hace el vacío para lograr así su aislamiento.
o
Absorbedor con tratamiento superficial: maximiza la absorción de radiación
solar y evita las pérdidas de calor por radiación.
o
Tubo de calor de cobre con el fluido de trabajo.
Las dimensiones de los captadores de tubo de vacío suelen oscilar entre los 1,30
– 2m de ancho por 2 – 2,5m de alto con un grosor de aproximadamente 7cm de
los tubos y un peso en funcionamiento cercano a los 50 kg. También podemos
encontrar captadores para utilizar tanto vertical como horizontalmente
dependiendo de los modelos y fabricantes.
Figura 2. Captador solar con tubos de vacío (Fuente: Agencia Andaluza de la Energía, 2009)
3. Captador solar plano sin cubierta, no vidriados o de polipropileno
Es el modelo más simplificado de captador solar. Está compuesto por una gran
cantidad de diminutos tubos de metal o de plástico por los que circula el agua.
No están aislados ni cubiertos por una caja y/o cristal.
VENTAJAS E INCONVENIENTES
Los tubos de vacío presentan una serie de ventajas respecto a los captadores planos:
•
Son más eficientes que los captadores planos cuando se requieren altas
temperaturas de agua caliente (por encima de 80 ºC-90 ºC), en climas fríos (al
tener muy pocas pérdidas) y parcialmente nubosos (aprovecha la radiación
difusa de los días nublados).
•
Posibilitan una mejor integración arquitectónica, al ser menos sensibles a la
orientación e inclinación de la instalación, ya que el absorbedor que se
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encuentra en el interior de los tubos puede girarse adoptando la inclinación
óptima independientemente de la posición del captador.
Sin embargo, los tubos de vacío presentan los siguientes inconvenientes frente a los
captadores planos:
•
El precio de un tubo de vacío es del orden de 2-3 veces superior al de un
captador plano.
•
La instalación de un captador de tubo de vacío es más cara al requerir mayor
tiempo y formación.
•
La manipulación de un tubo de vacío es más delicada, debido a una menor
resistencia por el vacío al que se someten.
•
La vida útil de un tubo de vacío es menor, sobre todo debido a las pérdidas de
las condiciones de vacío. La garantía de los fabricantes de tubos de vacío son 23 años, frente a los 8-10 años de los captadores planos.
Los captadores solares planos sin cubierta o de polipropileno tienen un coste
reducido pero presentan prestaciones energéticas modestas (aumento de
temperatura en torno a 30ºC) y pérdidas de calor grandes.
DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y/O APLICACIÓN
EXIGENCIAS DEL CTE
El CTE, en su Documento Básico HE4 Contribución solar mínima de agua caliente
sanitaria, establece que es obligatorio instalar paneles solares térmicos en edificios
de nueva construcción o en aquellos que se vayan a rehabilitar.
La instalación de captadores solares térmicos para producción de agua caliente
sanitaria es de aplicación a edificios de nueva construcción y rehabilitación de
edificios existentes, de cualquier uso, siempre que exista una demanda de agua
caliente sanitaria o de climatización de piscinas cubiertas. Los valores derivados de
esta exigencia básica tendrán la consideración de mínimos, sin perjuicio de valores
que puedan ser establecidos por las administraciones competentes y que contribuyan
a la sostenibilidad, atendiendo a las características propias de su localización y
ámbito territorial.
MONTAJE Y MANTENIMIENTO
Los sistemas solares pueden integrarse perfectamente en la mayoría de los edificios
existentes, aunque la mejor integración se logra si se incluyen en el proyecto de un
edificio de nueva construcción. Se consideran tres posibles formas de integrar los
captadores en la edificación:
a) General: los módulos se instalan en una estructura que les albergue y
proporcione la inclinación y orientación óptimas para el funcionamiento de la
instalación. Es el caso de la instalación en cubierta plana o cubierta con muy
poca inclinación (Figura 3).
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Figura 3. Integración general (EnerAgen, 2007)
b) Superposición de módulos: en este tipo de instalación la colocación de los
captadores se realiza paralela a la envolvente del edificio. Se debe instalar una
estructura sobre la envolvente del edificio que sustente los captadores. La
inclinación y la orientación de los captadores será la propia de la envolvente
del edificio, no así la del absorbedor en el caso de los captadores de tubo de
vacío (Figura 4).
Figura 4.Superposición de captadores en cubierta plana (EnerAgen, 2007)
c) Integración arquitectónica: se considera integración arquitectónica cuando los
captadores cumplen una doble función energética y arquitectónica y además
sustituyen elementos constructivos convencionales o son elementos
constituyentes de la composición arquitectónica. En este caso, la inclinación y
la orientación de los captadores será la propia de la envolvente del edificio
(Figura 5).
Figura 5. Integración arquitectónica de captadores solares térmicos (EnerAgen, 2007)
Los paneles solares operan mejor si son colocados en un lugar donde reciban luz solar
plena: techos de edificios, sobre una estructura de soporte, montados en la fachada
o sobre el terreno.
La sombra en los paneles afecta a su rendimiento con lo cual es preferible situarlos
en lugares donde esta sea nula o mínima, al menos durante las horas centrales del
día.
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El sistema solar tendrá un mayor rendimiento si los paneles solares están orientados
en la dirección sur. La inclinación ideal de los paneles varía en función de la latitud
en la cual nos encontremos debido al cambio de posición del Sol durante el año.
También puede variar en función de la aplicación, criterios de uso e integración
arquitectónica. En cualquier caso es recomendable una inclinación superior a los
15ºC, para permitir que el agua de lluvia escurra, y aumentarse en los lugares donde
nieve con frecuencia.
Las instalaciones de paneles solares requieren un mantenimiento mínimo, y de
carácter preventivo:
o Hay que asegurarse que ningún obstáculo haga sombra sobre los paneles.
o Hay que mantenerlos limpios, con las caras expuestas al sol.
Con los paneles solares térmicos hay que tener precaución con las bajas
temperaturas. Para evitar la congelación de fluido lo normal es añadir un
anticongelante (se degrada con los años por lo que hay que verificar su grado de
protección), o vaciar el circuito de agua cuando la temperatura alcance un
determinado valor. Igualmente hay que vigilar el pH del fluido y sustituirlo si baja de
un valor de 7 porque se vuelve ácido y puede ser agresivo para la instalación. En el
caso de largos periodos de inactividad de la instalación solar (sobre todo en verano),
es recomendable tapar los captadores solares para evitar que el fluido alcance una
temperatura demasiado elevada para los materiales y circuitos componentes. Otras
opciones que ayudan a evitar la formación de vapor son la disipación estática, la
disipación con aerotermos, y la refrigeración nocturna.
SISTEMAS SOLARES DE CALENTAMIENTO PREFABRICADOS
El sistema prefabricado o equipo solar doméstico, es un tipo particular de instalación
solar térmica de aprovechamiento de la energía solar para producción de agua
caliente sanitaria, fabricado mediante un proceso estandarizado que presupone
resultados uniformes en prestaciones (Figura 6). Se vende como una unidad y suele
estar en el mercado bajo un nombre comercial único.
Figura 6. Sistemas prefabricados (Fuente: AAE)
APLICACIONES EN LA EDIFICACIÓN
En el siguiente cuadro se distinguen los distintos tipos de aplicación y su uso
característico (Tabla 1):
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TIPO DE INSTALACIÓN SOLAR
CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES
Panel solar de polipropileno sin cubierta
Sólo para el calentamiento de la piscina.
Rendimiento bajo, aunque aceptable, dependiendo
del uso. Bajo coste. Útil en periodo veraniego.
Panel solar plano con cubierta
Puede utilizarse para el calentamiento de la piscina,
para producir ACS y para dar apoyo a la calefacción.
Rendimientos muy altos. Precio estándar. Utilizable
todo el año.
Panel solar de tubos de vacío
Puede utilizarse para el calentamiento de la piscina,
para producir ACS y para dar apoyo a la calefacción.
Rendimientos muy altos. Precio algo más elevado.
Útil todo el año.
Tabla 1. Tipos y aplicaciones de instalaciones solares térmicas (Fuente: Fundación MAPFRE)
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
•
Energía Solar Térmica destinada a la producción de ACS, apoyo a suelo radiante
y climatización de piscina. Valdetorres del Jarama, Madrid (Fundación
MAPFRE).
•
Sistema de paneles solares térmicos planos para la producción de agua caliente
y sistema de captadores solares de tubo de vacío conectados a una maquinaria
de absorción para la refrigeración de un edificio de oficinas. Málaga (AAE,
2009).
•
Instalación solar en Sede Central del Ministerio de Defensa. Madrid (Fundación
MAPFRE).
•
Instalación de energía solar térmica para ACS en un hotel. Málaga (AAE, 2009).
REFERENCIAS TÉCNICAS
Agencia Andaluza de la Energía, AAE (2009) La incorporación de la energía solar al
proyecto arquitectónico. 81 pp.
Asociación de Agencias Españolas de Gestión de la Energía, EnerAgen (2007) Energía
Solar Térmica y Fotovoltaica en el marco del Código Técnico de la Edificación.
Ayuntamiento de Pamplona. 71 pp.
Dirección General de Industria, Energía y Minas de la Comunidad de Madrid (2006)
Guía de la Energía Solar. 64 pp.
EnerBuilding (2007) Eficiencia Energética en viviendas. 75 pp.
Fundación MAPFRE y AEDHE Guía de uso industrial y comunitario de Energías
Renovables. 222 pp.
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