Energía Solar Térmica

Energía Solar Térmica (Agua Caliente Sanitaria,
ACS)
Energía térmica
Un sistema solar térmico transforma la energía radiante emitida por el sol en energía
térmica y la acumula, en forma de agua caliente, para pasar al sistema de apoyo antes
de su posterior consumo. El sistema de apoyo, por su parte, es el encargado de cubrir las
diferencias térmicas que el aporte solar no alcance a proveer al sistema.
En general, son proyectos que pueden aplicarse desde una escala residencial,
comercial hasta industrial, con potencias del orden de 700 W/m2 [EREC, 2010]. Dado que
la energía térmica no se puede transportar eficientemente a través de grandes
distancias, este tipo de tecnologías son especialmente adecuadas en áreas donde se
concentra la demanda, por ejemplo empresas, casas, edificios, industrias, etc.
Los principales componentes de estos sistemas son el sistema de captación de energía
solar, el sistema de almacenamiento de agua, el sistema de intercambio, sistema de
apoyo, la red hidráulica y el sistema eléctrico y de control. El Factor de planta que
alcanzan estos sistemas térmicos está entre 24 y 50% [NREL, 2010], mientras que la
eficiencia de conversión de energía se encuentra normalmente entre 40% a 65%
[Transenergie, 2011], pero puede ser aún mayor, dependiendo en gran parte de las
condiciones de trabajo de los equipos, como nivel de radiación y diferencia de
temperatura entre el ambiente y el colector.
Las principales barreras están asociadas con la volatilidad de los precios de los
combustibles fósiles y sus subsidios, la poca conciencia de temas ambientales (no
considerarlos en los cálculos) y los costos iniciales relativamente altos, lo que hace que
este tipo de energía sea poco accesible a un hogar promedio. A nivel local se puede
mencionar como barrera, además, la falta de profesionales capacitados para diseñar,
implementar y mantener estos sistemas. El costo de inversión se encuentra entre 1.294 y
2.000 USD/kW, con costos de mantención entre 2,14 y 28,5 USD/kW al año. El costo medio
de la energía es de 5,5 a 19,1 centavos USD/kWh.
Un colector de 2,4 m2 y 150 litros oscila entre USD 270 en China, y USD 950 (en Grecia
[OECD/IEA, 2009]. Los costos de operación varían fuertemente con la presencia del
recurso, la complejidad de las instalaciones y el costo de mano de obra. En Europa el
costo de generar ACS oscila entre 70 y 215 USD/MW de calor [OECD/IEA, 2009], lo que es
más caro que utilizar gas natural pero competitivo frente al uso de electricidad.
Los precios en Chile son inferiores a Europa porque las instalaciones pueden ser más
simples y la mano de obra menos costosa y serán aún más bajos en la medida que se
desarrolle el mercado [TransEnergie-CNE, 2006].
Gracias al enorme potencial que posee Chile en términos del recurso, en particular en la
zona norte y centro, se prevé que estas tecnologías aumenten su participación en la
generación nacional de energía térmica en los próximos años. Aunque es factible de
aplicar en todo el país, se obtiene mayor eficiencia y economía en el norte y zona central
de Chile.
Colectores sin cubierta
Consiste en placas planas absorbentes de energía sin cubierta, conformadas por un
arreglo de tubos por donde circula un fluido de trabajo, comúnmente agua. Se utiliza en
en el calentamiento de agua para aplicaciones simples, ya que en general son
colectores que funcionan a un bajo rango de temperatura (10-40°C).
Su eficiencia de conversión es variable, la que disminuye a mayor diferencia de
temperatura entre el medio ambiente y el colector, pero aumenta ante mejores
condiciones de radiación. Con 400 W/m2 y una diferencia de temperatura entre el medio
ambiente y el colector de 20ºC, para esta tecnología se logra un eficiencia de 50% y con
una diferencia de temperatura de 40ªC, ésta decae a 20% [TransEnergie-CNE, 2006].
Los componentes principales de este tipo de sistemas son las placas absorbentes de
energía, los tubos, generalmente de PVC, a través de trabajo, que son de fácil
instalación pero a la vez de menor vida útil y el sistema de acumulación de energía. Es
una tecnología de instalación y mantención sencilla y mientras haya radiación solar
incidente con poca obstrucción, no se requiere nada adicional para su implementación.
El principal mercado de instalación en el mundo es Estados Unidos, seguido por
Australia y Nueva Zelanda. El desarrollo de la tecnología ha alcanzado ya el uso
comercial, por lo que en Chile existen diversos sistemas de este tipo implementados. El
principal uso potencial para este tipo de colectores es el calentamiento de agua para
piscinas.
Colectores tubos al vacío
Esta tecnología se aplica para obtener energía térmica, principalmente para agua
caliente sanitaria y procesos térmicos industriales. La base del funcionamiento consiste
en la colocación de placas absorbentes de energía y tubos con fluidos de trabajo dentro
de un tubo al vacío, permitiendo un mayor aislamiento térmico y permitiendo alcanzar
mayores temperaturas en la placa (sobre 100°C). Esta configuración disminuye las
pérdidas de calor con lo cual aumenta la eficiencia del sistema.
Su eficiencia de conversión es variable, la que disminuye a mayor diferencia de
temperatura entre el medio ambiente y el colector, pero aumenta ante mejores
condiciones de radiación. Con 400 W/m2. y una diferencia de temperatura entre el medio
ambiente y el colector de 20ºC, para esta tecnología se logra un eficiencia de 75% y con
una diferencia de temperatura de 40ªC, ésta decae a 65% [TransEnergie-CNE, 2006].
Se conocen 3 tipos de tubos: de flujo directo, en los cuales el fluido de trabajo fluye
directamente a través del absorbente dentro de los tubos; tubo de calor, en el cual la
temperatura se transfiere al fluido de trabajo en un condensador que recibe agua u otro
fluido evaporado, lo condensa y lo devuelve al tubo de calor; y tipo Sydney, tubo de
vidrio de doble pared, en los cuales la superficie absorbente se halla directamente
sobre el tubo interior de vidrio. Requiere un reflector para aprovechar el área no
alcanzada por el sol.
Los componentes principales son tubos de vidrio, placas absorbentes, las cuales son
tubos por donde circula el fluido de trabajo, placas reflectantes, soporte y un sistema de
almacenamiento, que permita tener energía para las horas sin radiación solar. Es una
tecnología de instalación y mantención sencilla.
Del total instalado de sistemas de ACS al 2008, del orden de la mitad corresponden a esta
tecnología, con supremacía en China. Australia y Nueva Zelanda tienen una de las
mayores tasas de m2 instalados por habitantes. Es una tecnología suficientemente
madura como para encontrarse a nivel comercial, a pesar de que al año 2009 no se
registran grandes sistemas de estos instalados en Chile.