UNIDAD II ENERGÍA SOLAR DEFINICIÓN. La energía solar es aquella que se obtiene a partir del sol en forma de radiación electromagnética (luz, calor y rayos ultravioleta). Mediante la instalación de paneles solares o colectores, se puede utilizar para obtener energía térmica (sistema fototérmico) o para generar electricidad (sistema fotovoltaico) TIPOS DE ENERGÍA SOLAR. La energía solar térmica o la fotovoltaica son los dos tipos de energía solar más conocidos, pero existen otros de aplicaciones igualmente interesantes. Además, están estrechamente relacionados con los tipos de placas solares que hay. Placas solares fotovoltaicas Estas placas están formadas por células solares fotovoltaicas que se ionizan cuando la radiación solar incide sobre ellas, liberando electrones cuya interacción genera energía eléctrica. TIPOS DE ENERGÍA SOLAR. La energía solar térmica o la fotovoltaica son los dos tipos de energía solar más conocidos, pero existen otros de aplicaciones igualmente interesantes. Además, están estrechamente relacionados con los tipos de placas solares que hay. Placas solares térmicas Los paneles térmicos, también llamados colectores o captadores solares, convierten la energía radiante en energía térmica o calor. TIPOS DE ENERGÍA SOLAR. La energía solar térmica o la fotovoltaica son los dos tipos de energía solar más conocidos, pero existen otros de aplicaciones igualmente interesantes. Además, están estrechamente relacionados con los tipos de placas solares que hay. Placas solares híbridas La tecnología de estas placas solares, todavía en fase de desarrollo, permite combinar las ventajas de las células fotovoltaicas y los colectores térmicos en un único sistema. TIPOS DE ENERGÍA SOLAR. Energía solar fotovoltaica Se trata de una instalación que produce electricidad utilizando módulos fotovoltaicos, los cuales son capaces de transformar la radiación solar directamente en energía eléctrica. Los paneles solares contienen células fotovoltaicas que, al recibir la luz de forma directa, se ionizan y liberan electrones que al interactuar entre sí generan corriente eléctrica. TIPOS DE ENERGÍA SOLAR. Energía solar térmica Los equipos de energía solar térmica utilizan colectores o captadores solares para transformar la radiación solar en calor. Estos captadores recogen y almacenan la radiación solar para calentar el agua que más tarde se utiliza como apoyo a los sistemas de calefacción o agua caliente para uso higiénico, residencial o industrial. TIPOS DE ENERGÍA SOLAR. Energía solar pasiva La energía solar pasiva aprovecha directamente la energía del sol por medio de materiales y soluciones constructivas, sin necesidad de tener que transformarla en otro tipo de energía. La tecnología solar pasiva es parte fundamental del ecodiseño y la arquitectura bioclimática, siendo su uso principal el calentamiento de los espacios habitables. La iluminación natural, ya sea directa o por medio de tubos de luz. TIPOS DE ENERGÍA SOLAR. Energía solar hibrida En este último caso se combina cualquiera de los tipos de energía solar que hemos visto anteriormente con otras energías, principalmente renovables, para lograr así una mayor aportación energética. El ejemplo más habitual lo encontramos en la combinación de la energía solar y la eólica. Los sistemas híbridos fotovoltaico y eólicos combinan paneles solares con aerogeneradores, aprovechando al máximo los recursos del sol y el viento. VENTAJAS DE LA ENERGÍA SOLAR.- Es una fuente de energía inagotable La energía solar es una fuente de energía totalmente renovable, ya que proviene de una fuente duradera e inagotable: el sol. VENTAJAS DE LA ENERGÍA SOLAR.- Es una energía limpia La energía solar no emite dióxido de carbono a la atmósfera ni produce residuos, una fuente de energía 100% limpia. VENTAJAS DE LA ENERGÍA SOLAR.- Es totalmente silenciosa Se trata de una energía que no produce contaminación acústica alguna, ya que su generación es completamente silenciosa. VENTAJAS DE LA ENERGÍA SOLAR.- Es una energía accesible Por último, la energía solar es fácil de instalar y adaptar a cualquier lugar, incluso en zonas geográficamente remotas. COMO FUNCIONAN LAS INSTALACIONES DE ENERGÍA SOLAR.La energía solar requiere de una transformación energética del calor o la radicación del sol en energía térmica o eléctrica. Energía solar térmica. El funcionamiento de la energía solar térmica es relativamente sencillo. Consiste en un sistema de captación de la energía solar (captador solar), un dispositivo de almacenamiento de la energía obtenida (depósito acumulador) y, por último, un medio de distribución del fluido caloportador para su consumo. Energía solar fotovoltaica. Este tipo de energía consiste en la transformación directa de la radiación que transmite el Sol en la energía eléctrica. Esta transformación en energía eléctrica se consigue aprovechando las propiedades de los materiales por los que está formada la placa solar mediante células fotovoltaicas que contiene. TIPOS DE PANELES SOLARES.Dado que cada instalación solar se enfrenta a diversas limitaciones de espacio y áreas de sombra, no existe una solución única válida para todos los casos. Existen dos tipos principales de paneles solares fotovoltaicos para estos sistemas: monocristalino y multicristalino. DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO. Para el desarrollo del cálculo de un sistema fotovoltaico autónomo estándar, definiremos, a grandes rasgos, los equipos que componen dicho tipo de sistema. Elementos fundamentales. Placas solares fotovoltaicas Serán los encargados de la generación eléctrica. Pueden ser de varios tipos (monocristalina y policristalina). Las placas solares fotovoltaicas con uniones en serie de sus células, rondan los 12-18 voltios para uniones de 36 células y los 24-34 voltios para uniones de 72 células. Elementos fundamentales. Placas solares fotovoltaicas Es importante observar la curva I-V que proporciona cada fabricante en las hojas técnicas y en la influencia de la temperatura en la corriente y tensión del módulo. El aumento de temperatura hace aumentar ligeramente la corriente y en mayor medida, disminuir la tensión de salida del módulo. Elementos fundamentales. Regulador de carga: Se encarga de controlar la carga de las baterías, así como la descarga y evitar cargas o descargas excesivas. De un modo sencillo, un regulador se puede entender como un interruptor, cerrado y conectado en serie entre paneles y batería para el proceso de carga y abierto cuando la batería está totalmente cargada. Elementos fundamentales. Baterías solares: Se encargan de acumular la energía eléctrica generada por el sistema, Las más recomendadas para este tipo de instalaciones son las baterías estacionarias de plomo ácido, con vasos de 2V cada uno, que se dispondrán en serie y/o paralelo para completar los 12, 24 o 48 Vcc que sea adecuado en cada caso. Este tipo de batería solar pueden permanecer largos periodos de tiempo cargadas y soportar descargas profundas esporádicamente. Elementos fundamentales. Baterías solares: Profundidad de descarga máxima, qué es el nivel máximo de descarga que se le permite a la batería antes de la desconexión del regulador, para proteger la duración de la misma. Las profundidades de descarga máximas que se suelen considerar para un ciclo diario están en torno al 15-20%. Para el caso del ciclo estacional, qué es el número máximo de días que podrá una batería estar descargándose sin recibir los módulos radiación solar suficiente, están en torno a 4-10 días y una profundidad de descarga del 70% aproximadamente. Elementos fundamentales. Inversores solares: Si las cargas que debemos alimentar son a 220Vac, necesitaremos un equipo que transforme la corriente continua procedente del regulador en corriente alterna para alimentar las cargas. A la hora de dimensionarlo, se tendrá en cuenta la potencia que demanda la suma de todas las cargas AC en un instante, de este modo se elegirá un inversor cuya potencia sea un 20% superior a la demandada por las cargas, suponiendo su funcionamiento al mismo tiempo. DATOS NECESARIOS.Se deben tener en cuenta una serie de variables para que la instalación fotovoltaica rinda satisfactoriamente y tenga una larga esperanza de vida. A continuación veremos las pautas a seguir para obtener los datos necesarios previamente al cálculo de la instalación fotovoltaica: ESTIMACIÓN DEL CONSUMO.Debemos calcular la potencia total de la instalación teniendo en cuenta la potencia unitaria de cada carga que se conecta a la instalación y las horas estimadas de funcionamiento diario. Por tanto, necesitamos recopilar la siguiente información: La potencia unitaria de cada carga. • Es decir, debemos hacer un listado con cada uno de los electrodomésticos, luces y cualquier equipo eléctrico que usemos y anotar la potencia unitaria de cada uno de ellos, que vendrá indicada en alguna etiqueta de cada equipo y marcada en Wattios (W o Watt). • • Las horas previstas de uso diario. Es decir, anotamos a lado de la potencia unitaria, el número de horas que solemos hacer uso de cada equipo. Eso nos va a dar el dato de la energía (Whd) que consume cada equipo. Localización del proyecto. Simplemente saber dónde se va a realizar la instalación fotovoltaica, para poder conocer las horas de sol pico que se disponen a lo largo del año. ESTIMACIÓN DEL CONSUMO.Un ejemplo, supongamos que tenemos un electrodoméstico y cuando miramos la etiqueta vemos la siguiente imagen: • Vemos entonces que hablamos de un equipo eléctrico de una potencia unitaria de 2.200W. Y si, por ejemplo, solemos usarlo 1,5 hora al día, tendremos un consumo energético diario de 2.200W * 1,5h = 3.300Whd Para saber el consumo energético diario de cada equipo, solamente debemos: Energía-Equipo [Whd] = Potencia unitaria [W] * Número de horas uso diario [h] ESTIMACIÓN DEL CONSUMO.En muchos casos, por que vamos a hacer una casa nueva, o por imposibilidad de visitar el lugar, no podemos tener todos los datos de potencia y consumos necesarios para el cálculo. En esos casos, se puede usar la siguiente tabla como una referencia aproximada: CALCULO.En primer lugar se debe introducir un concepto fundamental, el de las “Horas de Sol Pico” o HPS [horas]. Se puede definir cómo el número de horas en que disponemos de una hipotética irradiancia solar constante de 1000 W/m2 sobre cada panel solar que componen de la instalación fotovoltaica. Es decir, una hora solar pico “HPS” equivale a 1Kwh/m2. Irradiancia: Irradiación: la Es la cantidad de irradiancia recibida en radiación o intensidad de iluminación un lapso de tiempo determinado, es solar que llega hasta nosotros medida decir, la potencia recibida por unidad de como una potencia instantánea por tiempo y por unidad de superficie. Se unidad de superficie, W/m2 o unidades suele medir en Wh/m2 o, en caso de un equivalentes. día, Es la magnitud que describe en Wh/m2/día equivalentes. o unidades CALCULO.Para calcular entonces el valor de HPS se debe dividir el valor de la irradiación incidente entre el valor de la potencia de irradiancia en condiciones estándar de medida (STC), pues es en esas condiciones donde se cumplen las características eléctricas de los módulos fotovoltaicos. Ese valor de irradiancia en condiciones estándar de medida es de 1000 watts/m2. Es decir, si se dispone de los datos de irradiación solar de un determinado día y se divide entre 1000, se obtienen las HSP. • Por ejemplo, si tenemos una irradiación de 3.800 Wh/m2, para pasarla a HSP, se divide entre 1.000W/m2, con lo que obtenemos 3.8 HPS. CALCULO.Los pasos a seguir siempre para dimensionar el sistema fotovoltaico autónomo son siempre: 1) Estimación del consumo. Si la instalación se realizara para una vivienda de uso diario todo el año, se escogerá el valor medio de todo el año. Si la instalación se realizara para el uso ocasional, por ejemplo en verano, hay que escoger los valores de los meses de verano. 2) Datos del lugar donde se realizará la instalación. Para saber la irradiación de la que dispondremos. 3) Dimensionado del generador fotovoltaico. Número de paneles necesarios. 4) Dimensionado del sistema de acumulación. Para el dimensionado del sistema de acumulación es muy importante tener en cuenta los días de autonomía que se van a otorgar a la instalación. 5) Dimensionado del controlador de carga. 6) Dimensionado del inversor. ESTIMACIÓN DEL CONSUMO.Una vez definidos los pasos, exponemos el método de cálculo. Suponemos un consumo para una vivienda con uso diario durante todo el año, como por ejemplo: Con los datos de esta “Tabla de Consumos” obtenemos el consumo medio diario de la instalación al que se le ha aplicado un 20% como margen de seguridad recomendado. ESTIMACIÓN DEL CONSUMO.Debemos también tener en cuenta que en la instalación habrá pérdidas por rendimiento de la batería y del inversor y esto influye en la energía necesaria final. Generalmente, para el buen dimensionamiento, tomaremos un rendimiento de la batería de un 95%, del inversor un 90% y de los conductores un 100%. Así para el cálculo de los consumos medios diarios (Lmd) consideramos la siguiente expresión: Siendo (Lmd) el consumo medio de energía diario, (Lmd,DC) el consumo medio de energía diario de las cargas en continua y (Lmd,AC) el de las cargas en alterna. ESTIMACIÓN DEL CONSUMO.O bien, si lo queremos expresar como el consumo de energía medio en Ah/día: Como era de esperar, el consumo medio diario real es ligeramente superior al nominal, pues como se mencionaba, hemos tomado en cuenta las pérdidas que se pueden producir en algunos de los elementos de la instalación y el margen de seguridad del 20%. Como dato adicional, podríamos calcular el consumo total anual (LT) y medio anual (Lma): LT = Lmd * 365 días = 1.005.575 Wh/año Lma = LT/365 = 2.755 Wh/día (En este caso coincide con el medio diario, pues el consumo que se ha estimado es constante todo el año, no sucedería así si hubiera variaciones de consumos estacionales) DATOS DE LA ZONA.Una vez calculado el consumo, debemos recabar los datos de irradiación solar según la zona en la que se implementara el sistema. Estos datos pueden obtenerse a través de tablas o aplicaciones de medición en internet. DATOS DE LA ZONA.Calculamos ahora la inclinación óptima para nuestra instalación, para ello aplicamos el Criterio del Mes Crítico, se ha de preparar a partir de la tabla de radiaciones, la “Tabla de Cocientes Consumo / Radiación” que es la que se muestra a continuación: CALCULO DE PANELES.Para cada inclinación buscamos el mayor valor de todos los cocientes de cada columna, pues se corresponderán con el momento del año donde la relación entre el consumo de energía y la irradiación disponible será mayor. Como se puede comprobar, puesto que en este caso el consumo es constante todo el año, esos valores coinciden con el mes de diciembre, que es cuando hay menos radiación solar. Una vez que se conocen esos valores se elige a continuación el menor de todos ellos que en este caso corresponde al valor de 829,82 y 60 º de inclinación. Procedemos ahora con el cálculo del número total de módulos solares necesarios: CALCULO DE PANELES.- Lmdcrit el consumo medio diario mensual para el mes crítico, en este caso, es siempre el mismo [2.755 wh/dia] , pues el consumo diario es constante todo el año. PMPP la potencia pico del módulo en condiciones estándar de medida STC, en este caso, estamos utilizando el modelo SW180 del fabricante SolarWorld, con 180 wattios de potencia pico en STC. HPScrit son las horas de sol pico del mes crítico calculado a partir de la “Tabla de Radiaciones”, es decir: Irradiación del mes crítico (Diciembre 60º) / 1000 W/m2 = 3,32 HPS. PR el factor global de funcionamiento que varía entre 0.65 y 0.90. Usaremos 0.90 por defecto. Así pues, serían 6 Paneles (Este número podría cambiar). CALCULO DE PANELES.Respecto a la conexión de los módulos calculados en serie o paralelo, teniendo en cuenta que el SW180 de SolarWorld tiene una Vmax=36,55 Volt., hacemos: Entonces conectaríamos 6 ramas en paralelo con un panel por rama. Si no se va a instalar un regulador con seguimiento de punto de máxima potencia (MPPT) se debe utilizar otro criterio, el Criterio de Amperios-Hora, ya que será entonces la batería la que marque la tensión del sistema (12, 24, 48 Volt.) y rara vez se alcanzará el punto de máxima potencia de los módulos empleados. CALCULO DE PANELES.Tenemos inicialmente el consumo de energía medio en Ah/día calculado anteriormente: la corriente que debe generar el campo de captación fotovoltaico (el total de los paneles instalados) en las condiciones de radiación solar del mes crítico sería: Siendo, (IGFV,MPP) la corriente generada por el campo de captación fotovoltaico (el total de placas solares instaladas). Si la dividimos entre la corriente unitaria de cada panel fotovoltaico (IMOD,MPP) que en el caso del SW180 es Imax=4,90 Amp., obtendremos el total de módulos necesarios conectados en paralelo CALCULO DE BATERÍAS SOLARES.Pasamos ahora al cálculo de las baterías recordando que los dos parámetros importantes para el dimensionado de la batería son la máxima profundidad de descarga (estacional y diaria) y el número de días de autonomía. Como norma general, tomaremos estos parámetros: Profundidad de Descarga Máxima Estacional (PDmax,e) = 70% = 0,7 Profundidad de Descarga Máxima Diaria (PDmax,d) = 15% = 0,15 Número de días de Autonomía (N) = 6 Calculamos entonces ahora la capacidad nominal necesaria de una batería solar en función de la profundidad de descarga estacional y diaria. La mayor de ellas será la que seleccionemos, pues de lo contrario podríamos incurrir en una insuficiencia estacional o diaria. CALCULO DE BATERÍAS SOLARES.Capacidad nominal de la batería en función de la descarga máxima diaria (Cnd): Capacidad nominal de la batería en función de la descarga máxima estacional (Cne): CALCULO DE BATERÍAS SOLARES.De esta manera escogeríamos la mayor, es decir la capacidad nominal de las baterías sería, como mínimo, C100=984Ah. Usaríamos entonces baterías solares estacionarias. Nota respecto al cálculo de baterías: En el caso de que tengamos que dimensionar un sistema que se utiliza solamente, los fines de semana, se puede considerar un consumo diario equivalente, y podríamos hacerlo con: Consumo diario equivalente = Consumo diario (cuando hay uso, los fines de semana) x Días de uso (2 o 3 días) / 7 días. Esto se aplicaría tanto al consumo global de la instalación, como al particular de cada elemento. El dimensionado del subsistema de generación se realizaría en función de este nuevo consumo diario equivalente. CALCULO DE REGULADOR DE CARGA.Procedemos ahora al cálculo del regulador, para ello debemos calcular cual es la máxima corriente que debe soportar el regulador, a su entrada pero también a su salida. Para calcular la corriente de entrada al regulador hacemos el producto corriente de cortocircuito de un módulo, en este caso la del SW180 de SolarWorld es de Isc = 5,30 Amp., y multiplicamos por el número de las ramas (la corriente de cada rama en paralelo será aproximadamente la misma) en paralelo calculado anteriormente: Siendo: (IMOD,SC) la corriente unitaria del módulo fotovoltaico en condiciones de cortocircuito. Se usa la corriente de cortocircuito para el cálculo de la corriente de entrada al regulador por que será la máxima corriente que podría ser generada por el módulo fotovoltaico y ha de ser esa la que tengamos en cuenta para evitar pérdidas de rendimiento. (NP) el número de ramas en paralelo, en este caso, 7. 1,25 es un factor de seguridad para evitar daños ocasionales al regulador. CALCULO DE REGULADOR DE CARGA.Para el cálculo de la corriente de salida hemos de valorar las potencias de las cargas DC y las cargas AC: Siendo: (PDC) la potencia de las cargas en continua. (PAC) la potencia de las cargas en alterna. (ninv), rendimiento del inversor, en torno a 90-95%. Así pues, el regulador de carga debería soportar una corriente, como mínimo de 47 Amp. a su entrada y 26 Amp. a su salida. CALCULO DE INVERSOR FOTOVOLTAICO.Por último, para el cálculo del inversor fotovoltaico para solar aislada, únicamente hemos de calcular la suma de las potencias de las cargas de alterna. En nuestro caso, sería la lavadora (350W) y la calefacción (110W) y aplicar un margen de seguridad del 20%. Entonces será necesario un inversor de 550W aproximadamente. Ahora bien, debemos tener en cuenta algo importante a la hora de seleccionar nuestro inversor. Muchos de los electrodomésticos y aparatos con motor utilizados tienen “picos de arranque”, como los frigoríficos, lavadoras etc, lo que supone que para su arranque van a demandar mayor potencia que la nominal, en ocasiones hasta 4 o 5 veces más de la potencia nominal prevista. Es por esta razón que, para evitar problemas y deficiencias en el correcto funcionamiento de nuestra instalación, es recomendable hacer un sobredimensionamiento que contemple los picos de arranque: CALCULO DE INVERSOR FOTOVOLTAICO.Es decir, nuestro inversor debería cubrir, al menos, 1.812W de demanda para tener bien cubiertas las necesidades de la vivienda, incluso los picos de demanda por arranque del motor de la lavadora. Por último, para seleccionar nuestro inversor, sabemos que en el mercado podemos encontrar inversores de onda senoidal pura (PWM) y de onda senoidal modificada (MSW). Lo recomendable es utilizar, siempre que sea posible, los de onda senoidal pura pues aunque son algo más caros, nos evitarán más de un problema que nos podrían ocasionar los de onda modificada con aparatos con motores. Los inversores de onda senoidal modificada (MSW) pueden alimentar a la mayoría de electrodomésticos actuales, sin embargo, pueden ocasionarnos problemas con aparatos con cargas inductivas, como son los motores. Los inversores de onda senoidal pura (PWM), “imitan” la forma de onda que de la red eléctrica y en consecuencia es la mejor opción la alimentar los equipos eléctricos y electrónicos actuales. SISTEMA DE GENERACIÓN.- ENERGÍA SOLAR TÉRMICA Posee dos usos principales, obtener calor para el uso de Agua Caliente Sanitaria (ACS), y obtener el calor para producir energía eléctrica. Las placas de captación funcionan según el principio de efecto invernadero. La radiación solar atraviesa objetos transparente (vidrio, acrílico, etc.) calentando objetos que a su vez producen radiación infrarroja. CAPTADOR SOLAR DE PLACA PLANA Por lo general, se utilizan para calentar fluidos a temperaturas por debajo de los 100 °C, y por ello se clasifican como tecnologías de baja temperatura. Con respecto a su constitución, son equipos relativamente robustos, pero comparados con todos los sistemas termo solares, por su tamaño, se podrían clasificar como sistemas medianos. Generalmente, un captador solar plano consta de una superficie plana, 1. Soporte o carcasa también conocido como absorbedor, que es 2. la Cubierta encargada de captar la radiación solar. Estos captadores están 3. Absorbente construidos principalmente de metal, 4. Aislante y entre los materiales de mayor uso está el cobre, esto por tener una de las mejores conductividades térmicas para la transferencia de calor. CAPTADOR SOLAR DE PLACA PLANA Es de mayor interés a la captación de calor que aproveche fundamentalmente la radiación visible, además: Cubierta con alta transmitancia y baja reflectancia al VIS. Baja absortancia y transmitancia al IR. Buen aislamiento térmico. Carcasa resistente a los agentes atmosféricos. CAPTADOR SOLAR DE PLACA PLANA Los colectores para aplicaciones de muy baja temperatura, como ser la calefacción de piscinas, pueden prescindir de la cubierta, el aislamiento y la carcasa, solo son una placa absorbente. Los colectores de mediana temperatura trabajan con espejos parabólicos que concentran la radiación elevando la temperatura hasta los 600ºC. Los colectores de alta temperatura se basan en la concentración solar por múltiples heliostatos, colocados en una torre que permiten alcanzar temperaturas de hasta 1000ºC. RENDIMIENTO DE UN COLECTOR Analiza la capacidad del colector de convertir la radiación solar en calor y se calcula con la siguiente expresión: Donde: Ta = Temperatura ambiente. Tm = Temperatura media del agua en el colector entre la entrada y salida. Te/s = Temperatura del agua a la entrada/salida del colector. I = Intensidad de radiación incidente media en W/m2. a = Constante que depende de las características ópticas de transmitancia de la cubierta y de absorbancia de la placa absorbente. b = Constante que depende del numero de cubiertas transparentes y de las características aislantes del sistema. EFICIENCIA DE UN COLECTOR Capacidad del sistema de transferir el calor obtenido a un fluido. Donde: qa = Transferencia de calor de la placa absorbente al fluido trabajado. Ac = Área de la placa absorbente. Ic = Radiación solar. Te/s = Temperatura del agua a la entrada/salida del colector. I = Intensidad de radiación incidente media en W/m2. t = Tiempo durante el cual si se realiza este proceso. M = Caudal (Velocidad de flujo). Cp = Capacidad calorífica. PRODUCCIÓN DE ACS Consta básicamente de 4 sistemas principales: Sistema de captación. Sistema de acumulación. Sistema de distribución. Sistema de apoyo. SISTEMA TERMOSIFÓN Una instalación con efecto termosifón es aquélla que no utiliza un dispositivo electromecánico para mover el fluido a través del captador solar, así como del tanque de almacenamiento; y es ésta la mayor ventaja del sistema con efecto termosifón. El movimiento del fluido se realiza por el cambio de densidades. SISTEMA TERMOSIFÓN En este sistema se necesita de una bomba hidráulica movida por un motor eléctrico. La ventaja de este sistema es que el tanque de almacenamiento puede colocarse donde mejor convenga y no necesariamente por arriba del captador solar plano, ventaja que en los sistemas de efecto termosifón no ocurre, ya que los tanques de almacenamiento del fluido caliente requieren siempre de una altura mayor a la del captador solar (mínimo 30 cm) CONFIGURACIONES DE INSTALACIÓN Conexión en serie: En una conexión en serie la salida de agua caliente del primer captador se conecta a la entrada del siguiente, y eso se repite con un tercer captador solar. Con respecto a la temperatura del fluido caloportador, en principio la temperatura a la entrada del primer captador se encontrará a temperatura ambiente o a una diferente si viene de un proceso. Al pasar por el captador se incrementa la temperatura, por lo tanto la temperatura de salida del primero captador será mayor a la temperatura de entrada. Una de las desventajas de estos captadores es que el rendimiento (o eficiencia) disminuye. Una recomendación para lo anterior es que se no se conecten más de tres en serie. CONFIGURACIONES DE INSTALACIÓN Conexión en paralelo: En este tipo de instalación, la entrada del fluido del primer captador se conecta con la entrada del segundo captador, y así sucesivamente. Por el otro extremo del captador sucede lo mismo: la salida del primer captador se conecta con la salida del segundo, y así hasta el último captador. Lo cual quiere decir que la temperatura de este arreglo será como si se tuviera un solo captador. La conexión en paralelo es la más habitual en las instalaciones de sistemas de calentamiento de agua solar, ya que es la más eficiente y rentable. CALCULO SIMPLIFICADO PARA PRODUCCIÓN DE ACS Datos de partida: Número de personas que habitan en la vivienda. En caso de Hoteles y Hospitales se contabiliza el numero de camas. Latitud el lugar. Con estos datos se determina: el volumen de aguja de consumo, volumen de tanque de almacenamiento, superficie y número de colectores, la orientación de la superficie captadora. CALCULO SIMPLIFICADO PARA PRODUCCIÓN DE ACS Determinación del volumen de agua de consumo y del tanque d almacenamiento: El consumo M de ACS en litros/día a 45ºC esta dado por: Donde: • l es el volumen de consumo en litros por persona al día. • N el numero de personas. El volumen V del tanque de deposito lo calculamos eligiendo un estándar comercial que tenga una capacidad comprendida entre el 80% del consumo diario y el 100%. CALCULO SIMPLIFICADO PARA PRODUCCIÓN DE ACS Determinación de la superficie captadora y el numero de colectores: Para colectores comerciales con recubrimiento selectivo, cubierta transparente de vidrio y aislamiento de 3 cm, el área captadora A se determina por: Donde: • C es la producción en litros por metro cuadrado de agua caliente por día, y depende de las condiciones del clima. Para un clima frio se considera C=75l/m2día. Para un clima templado C=85l/m2-día CALCULO SIMPLIFICADO PARA PRODUCCIÓN DE ACS Determinación de la superficie captadora y el numero de colectores: El numero de colectores esta definido por: Donde So es la superficie útil del colector dada por el fabricante. La orientación recomendad es mirando hacia el ecuador. El ángulo de inclinación es igual a la latitud ±5º para ACS y ±10º para calentamiento de piscina. La inclinación del colector se debe determinar de tal forma que este reciba los rayos de sol en la forma perpendicular durante la mayor parte d tiempo posible. CALCULO SIMPLIFICADO PARA PISCINAS Según el lugar de instalación, la superficie del colector sin cubierta necesaria para calentar una piscina oscila entre 1/3 y el total de la piscina. La temperatura de una piscina debe oscilar entre 24º C y 26º C. La carga de calefacción Q es igual a la energía térmica que debemos portar diariamente al agua de la piscina. Donde P son las perdida y Gs las ganancias solares. En climas fríos y templados este balance resulta negativo. CALCULO SIMPLIFICADO PARA PRODUCCIÓN DE ACS Entre una piscina y su entorno intervienen los siguientes mecanismos físicos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación. Además es importante incluir las perdidas al volumen de agua Donde: Pcd= perdidas por conducción de los cerramientos laterales. Pcv= perdidas por convección del aire en contacto con la superficie de agua. Prd= perdidas por radiación infrarroja al cielo. Pev= perdidas por evaporación CALCULO SIMPLIFICADO PARA PRODUCCIÓN DE ACS Las perdidas por evaporación corresponden a las debidas al calor latente necesario para evaporar el agua: La ecuación de balance es: CALCULO SIMPLIFICADO PARA PRODUCCIÓN DE ACS Para calcular la superficie captadora de una piscina, asumiendo una profundidad de 2 metros y colectores de polipropileno, la superficie captadora A necesaria para calentar la piscina descubierta es: Donde Sla = superficie de la lamina de agua de piscina. F = factor que depende del tipo de clima, F=2/3 para clima frio y F=1/2 para clima caliente. Ejemplo.- 1) Calcular la cantidad de colectores solares térmicos para la producción de Agua Caliente Sanitaria a 45ºC para una vivienda de 12 ocupantes ubicada en la ciudad de Cochabamba. Si cada persona consume 40 litros al día, y la superficie útil del sol es de 2 metros cuadrados.
