idae_energia solar termica_manuales de energias renovables 4_2006

8/4/2019 Idae_energia Solar Termica_manuales de Energias Renovables 4_2006

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INTRODUCCIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 ELSOL, FUENTEINAGOTABLEDEENERGA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.1 El Sol y la Tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.2 La Radiacin solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.3 Soleamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2 SITUACINACTUAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.1 Laenerga solar trmica en el mundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.2 Situacin en Europa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.3 Situacin en Espaa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3 TECNOLOGASYAPLICACIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.1 Cmo se aprovecha la energa solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.2 Funcionamiento de una instalacin solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.3 Elementos principales de una instalacin solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Captadores solares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Sistema de distribucin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Almacenamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Sistema de apoyo convencional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45


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3.4 Usos y aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Produccin de agua caliente sanitaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Sistemas de calefaccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Climatizacin de piscinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Refrigeracin en edificios

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Usos en la industria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Otras aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.5 Aspectos tcnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Tecnologas de baja temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Tecnologas de media y alta temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

3.6Aspectos econmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Es rentable la energa solar? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Cunto cuesta una instalacin solar? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 En cunto tiempo se puede amortizar la inversin? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Cules son los costes de operacin o mantenimiento? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 La energa solar sera competitiva sin subvenciones pblicas? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4VENTAJASDELAENERGASOLAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634.1 Beneficios ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654.2 Arquitectura bioclimtica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 684.3 Beneficios socioeconmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71


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5 EJEMPLOSDEINSTALACIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 756 ELFUTURODELAENERGASOLARTRMICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

6.1 Plan de Energas Renovables en Espaa 2005 2010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1086.2 CdigoTcnico de la Edificacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1116.3 Ordenanzas municipales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1136.4 Ventajas fiscales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

7 SABERMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1157.1 Origen de la arquitectura bioclimtica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1177.2 Breves apuntes histricos sobre la energa solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1197.3 Curiosidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

ANEXOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123I. Legislacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

II. Direcciones de inters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136III. Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141


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IntroduccinEl Plan de Energas Renovables 2005 2010, aprobado en agosto de 2005 en Consejo de Minis

tros, tiene como objetivo bsico que en el 2010 el 12% de la energa primaria consumida en Espaa provenga de energas renovables.Paracubriresteobjetivo, en el caso de las solar trmica a baja temperatura (objetodeestagua) establece la instalacin de 4,2 millones de metros cuadrados en el perodo 2005 2010. Este objetivo es ambicioso, pero alcanzable si se ponen en marcha un conjunto de medidas in novadoras, a desarrollar en los prximos aos de acuerdo con lo previsto en el Plan. Entre estasmedidas destacan la recienteaprobacindelCdigoTcnico de la Edificacin, la continuidadde apoyos pblicos a la inversin en este tipo de instalaciones, el apoyo a la aprobacin de nuevas ordenanzas municipales y el apoyo a la mejora de los captadores y modernizacin delas lneas de fabricacin.El desarrollo de la energa solar en Europa pasa por el apoyo institucional para las nuevas apli

caciones. As, desde la Comisin Europea se estn promoviendo programas y directivas de

apoyo a la produccin de calor y fro con energa solar. Esta ltima aplicacin tiene un gran fu

turo en Espaa, por lo que se estn empezando a realizar proyectos demostrativos quepermitan difundir la aplicacin y ganar experiencia en la ejecucin de instalaciones.


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No obstante, el desarrollo de la energa solar en un futuro prximo va a ser a travsdelasapli caciones ya consolidadas, como el agua caliente sanitaria, la climatizacin de piscinas y la calefaccin.Asimismo, la energa solar va a tener su principal desarrollo en las reas urbanas. Por ello, los profesionales que desarrollan su actividad en este importante mercado tienen que conjugar la sencillez en el diseo con la calidad y minimizacin del impacto de la instalacin, tareas difci

les de conjugar en numerosas ocasiones, pero que sern la clave para conseguir ganar la batalla de la integracin arquitectnica de la energasolartrmica.Este manual nace como consecuencia de la necesidad de clarificar aspectos bsicos sobre laenerga solar trmica, profundizar en algunos temas para el que ya ha estudiado superficial

mente esta energa y, en general, para todo el mundo interesado en la diversificacin de laenerga a travs de esta tecnologa.Por ello, este manual describe los aspectos tcnicos, econmicos y administrativos de laenergasolartrmicaconunlenguajeclaro y sencillo, con el objetivo de satisfacer al mayornmero posible de ciudadanos.Adems, se analiza el panorama nacional e internacional de la energasolartrmica,incluyen doinformacinsobre legislacin, contactos de inters y casos concretosdeinstalacionesdeproduccin de agua caliente sanitaria y climatizacin de piscinas en viviendas y edificios pbli

cos, y que actualmente estn en funcionamiento en Espaa.


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El Sol, fuenteinagotable de

energa


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El Sol, fuenteinagotable de

energa

1.1 El Sol y la TierraDesde que en 1957 la por entonces Unin Sovitica lanzaseel Sputnik I hemos tenido la oportunidad de contemplar enmiles de ocasiones la Tierra desde el espacio. Pese a que lasimgenes que llegan por satlite nos dan la sensacin de quenuestro planeta es un globo autnomo de luz y color que flo ta en un espacio oscuro, nada ms lejos de la realidad. Locierto es que no es posible entender la vida en nuestro pla neta sin la influencia del exterior.La Tierra es slo un mundo pequeo en la rbita de una es trella que, aunque es de lo ms corriente en la inmensidaddel universo, resulta fundamental para nuestra existencia.Y es que casi toda la energa de que disponemos provienedel Sol. l es la causa de las corrientes de aire, de la evapo racin de las aguas superficiales, de la formacin de nubes,de las lluvias y, por consiguiente, el origen de otras formasde energa renovable, como el viento, las olas o la biomasa. Su calor y su luz son la base de numerosas reacciones qu micas indispensables para el desarrollo de las plantas, de

E S l T i


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Energa Solar Trmica12los animales y, en definitiva, para que pueda haber vida so bre la Tierra.El Sol es, por tanto, la principal fuente de energa para todoslos procesos que tienen lugar en nuestro planeta. Localizadoa una distancia media de 150 millones de kilmetros, tieneun radio de 109 veces el de la Tierra y est formado por gas amuy alta temperatura. En su ncleo se producen continua mente reacciones atmicas de fusin nuclear que conviertenel hidrgeno en helio. Este proceso libera gran cantidad deenerga que sale hasta la superficie visible del Sol (fotosfe ra), y escapa en forma de rayos solares al espacio exterior.Se calcula que en el interior del Sol se queman cada segun

do unos 700 millones de toneladas de hidrgeno, de las que4,3 millones se transforman en energa. Una parte importan te de esta energa se emite a travsdelosrayos solares alresto de planetas, lunas, asteroides y cometas que compo nen nuestro sistema solar. Ms concretamente, hasta la

Tierra llega una cantidad de energa solar equivalente a 1,7x1014 kW, lo que representa la po tencia correspondiente a 170 millones de reactores nucleares de 1.000 MW de potenciaelctrica unitaria, o lo que es lo mismo, 10.000veceselconsumoenergticomundial.Si tenemos en cuenta que las previsiones actuales apuntan a que, en los prximos 6.000 millo nes de aos, el Sol tan solo consumir el diez por ciento del hidrgeno que contiene en suinterior, podemos asegurar que disponemos de una fuente de energa gratuita, asequible a to dos (cualquier pas puede disponer de ella) y respetuosa con el medio ambiente, por unperiodo de tiempo prcticamente ilimitado.

La Tierra vista desde el espacio.Imagen del Meteosat 2.(Foto cedida por Agencia SolarEuropea (ESA))

El Sol fuente inagotable de energa


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El Sol, fuente inagotable de energa13

1.2 La radiacin solarCualquier persona que quiera aprovechar la energa solardebe ser capaz, en primer lugar, de responder a la preguntadequcantidaddeenerga llegar al lugar donde prevrea lizar la captacin; o sea, qu irradiancia solar recibir porunidad de superficie. Para ello, habr que empezar por saberquesycmosecomporta la radiacin solar, as como cun ta energa es posible captar en funcin de la regin delmundo en la que nos encontremos.Como punto de partida debemos tener en cuenta que la luz es una de las formas que adopta la energa para trasladarse deun lugar a otro. En el caso del Sol, los rayos solares se propa gan a travs del espacio en forma de ondas electromagnticas de energa. Este fenmeno fsico, ms conocido como radia cin solar, es el responsable de que nuestroplanetarecibaunaporte energtico continuo de aproximadamente 1.367 W/m2.Un valor que recibe el nombre de constante solar y que, alcabodeunao,equivaldra a 20 veces la energa almacenada en todas las reservas de combus En el interior del Sol se queman cadasegundo unos 700 millones de

toneladas de hidrgeno. (Imagentibles fsiles del mundo (petrleo, carbn).cedida por la ESA)

Sin embargo, no toda la radiacin que llega hasta la Tierra sobrepasa las capas altas de la at msfera. Debido a los procesos que sufren los rayos solares cuando entran en contacto con losdiferentes gases que componen la atmsfera, una tercera parte de la energa solar intercepta da por la Tierra vuelve al espacio exterior, mientras que las dos terceras partes restantespenetran hasta la superficie terrestre. Este hecho se debe a que las proporciones de vapor de agua, metano, ozono y dixido de carbono (CO2) actan como una barrera protectora. Una capa

Energa Solar Trmica


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Energa Solar Trmica14de proteccin que, entre otras cosas, permite que no se produzcan cambios de temperatura de masiado extremos en la superficie terrestre, as como que exista agua lquida desde hace milesde millones de aos.Alaprdida de aporte energticoqueseproduce en las capas superiores de la atmsfera hay que aadir otras variables que influyen en la cantidad de radiacin solar que llega hasta un

punto determinado del planeta. Como es de imaginar, no to Equinoccio de primavera

21 de Junio

Solsticio de invierno

= + 23,450

= 23,45 0

Solsticio de verano

21 de Diciembre

21 de Marzo das las superficies reciben la misma cantidad de energa. As,mientras los polos son los que menor radiacin reciben, lostrpicos son los que estn expuestos a una mayor radiacinde los rayos solares. Esto tiene su explicacin en el grado deinclinacin de nuestro planeta con respecto al Sol (23,5). Laintensidad de radiacin no ser igual cuando los rayos sola

res estn perpendiculares a la superficie irradiada que

cuando el ngulo de incidencia sea ms oblicuo, tal y comoocurre en los polos.La declinacin del Sol, pues, es la razn de que los mayores valores de radiacin no se produzcan en el ecuador sino enlatitudes por encima y por debajo de los trpicos de Cncer yCapricornio. En estas zonas es donde los rayos solares sonmsperpendicularesyatraviesan una capa atmosfrica ms

Equinoccio de otoo21 de Septiembre fina hasta llegar a su destino.

Orbita terrestre alrededor del Sol. El Pero para establecer, con exactitud, la cantidad de energa que se puede aprovechar en un si eje de la Tierra est inclinado en unngulo de 23,5 tio concreto, tambin habr que tener en cuenta otros aspectos como la hora del da, la

estacin del ao y muy especialmente las condiciones atmosfricas. En los das nublados dis minuir considerablemente la intensidad de la radiacin y por lo tanto el aporte energticoque

El Sol fuente inagotable de energa


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pueda recibir una instalacin de energasolartrmica.Aunquelarelacin entre las variacionesen la nubosidad y la radiacin solar es compleja, probablemente este factor es el ms impor tante a la hora de poder calcular la energa que llega a un punto concreto de la superficie terrestre.Esto no quiere decir que en zonas donde hay menos horas de sol, como el norte de Europa, laenerga solar constituya un aporte energticodesdeable.Lasumadelaradiacin solar direc ta y la radiacin difusa en ciudades como Berln, Hamburgo o Zurich alcanzan valores mediosde 1.000 KWh/m2 lo que equivale, para hacernos una idea, a entre 110 y 115 litros de gasolina por m2y ao. Por radiacin solar directa entendemos aquella que llega a la superficie sin ha ber sufrido cambios de direccin (por ejemplo, la luz cegadora al mirar el Sol), mientras que con radiacin difusa nos referimos a la que llega a la superficie sin orientacin determinada (das cubiertos).La suma de todas las variables anteriormente mencionadas nos permiten conformar el mapasolar de una regin determinada del planeta y establecer qu cantidad de energa media po dremoscaptarpara su uso en el mbito domstico, industrial, etc.En el caso concreto de Espaa se juntan todos los requisitos para ser uno de los pases euro peos con mayor capacidad para recoger la energa del Sol: una situacin geogrficaprivilegiada, con una climatologa envidiable. Situada entre los 36 y los 44 latitud Norte, nuestro pas recibe una intensidad de radiacin solar muy superior a la de otras regiones delplaneta (incluso por encima de las zonas ecuatoriales). Adems, Espaa se ve particularmentefavorecida con respecto a otros pases de Europa por la gran cantidad de das sin nubes quedisfruta al ao. No en vano, sobre cada metro cuadrado de suelo inciden al ao una media de 1.500 kWh de energa, cifra similar a la de muchas regiones deAmricaCentral y del Sur.

En el norte deEuropa el aporteenergtico no es,a pesar de la menorcantidad de horasde sol, nadadesdeable



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1.3 SoleamientoSegn la forma de recoger la radiacin solar podremos obtener energatrmicaotransformar la en electricidad, dependiendo de la tecnologa utilizada en cada caso. El calor se logramediante los captadores solarestrmicos,mientras que la electricidad, por lo general, se con sigue a travs

de

los

llamados

mdulos

fotovoltaicos. Ambos procesos nada tienen que ver

entre s, ni en cuanto a su tecnologa ni en su aplicacin. Puesto que en esta gua nos centraremos exclusivamente en el aporte de energa generado porinstalaciones solarestrmicas,alahora de efectuar un estudio de viabilidad habr que consi derar, sobre todo, el nmero de horas de sol, ya que los captadores solares obtendrnrendimientos muy superiores cuando los rayos les alcancen de forma directa. Por el contrario,para los paneles fotovoltaicos se deber tener ms en cuenta los valores de radiacin difusa,porque estos paneles aprovechan mucho mejor la energa dispersa, incluso en condiciones decielo cubierto.Visto lo visto, Espaa tiene ante s un amplio potencial de desarrollo de energa solartrmica,con una media de 2.500 horas de sol aseguradas al ao. La poca nubosidad, la baja humedad ambiental, el clima seco y la incidencia de los rayos solares, hacen que nuestro pas obtenga unos valores de radiacin directa envidiables.An as, existen evidentes diferencias entre las distintas comunidades espaolas. Segn losdatos disponibles, existe un gran contraste entre las comunidades del Cantbrico, que rondanlas 1.700 horas de sol al ao, y las mediterrneas, que alcanzan las 2.750 horas de sol anua les. Estas diferencias estn motivadas por la presencia de varias zonas climticas en el interiorde la Pennsula Ibrica, lo que explica porqualgunaszonas del norte de Espaa reciben me nos horas de sol que incluso regiones del centro de Europa, como Viena, con 1.890 horas de sol al ao.

El Sol, fuente inagotable de energa


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17, f g g

Las provincias del sur de Andaluca y Canarias son las que concentran mayor nmero de horasde sol anuales, alcanzando las 3.000. Teniendo en cuenta que en la actualidad no se aprove cha ni el 10% de la energa que nos ofrece el Sol, las posibilidades de desarrollo son realmente espectaculares.

1940

1520

20471881

11801450

1150

15602723

15302538 15802724

1480

258315502756

1550

297518002780

2769

148016002698

16002940 2784

1690

15002488 1530

14202215

20471540

13702477

2444

15302616

1520

3023 3052

11401647 1830

11501640

14502576

149015402462

KWh que incide por m2. En la inferior2897 17802175

2803

1170 127013502289

1771

110017102734

1744

2329

14702703

1410

26301700

1630270528541680

1610

161027952858

2749

1280

26811410

28621780281816702773 1700

16702831 1710

1100

13802372

251014702730

Mapa solar en Espaa. La cifrasuperior representa la energa enelnmerodehoras de sol al ao


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2

Situacinactual


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21


23/148

21

2

Situacinactual

2.1 La energa solar trmica en el mundoLa contribucin de la solar trmica al consumo energticomundial sigue siendo muy escasa todava, pese a que empie zan a percibirse ciertos sntomas de cambio que permiten serms optimistas de cara al futuro. Al crecienteintersdelosciudadanos por este tipo de soluciones hay que sumar las

ayudas e incentivos que se han puesto en marcha en muchospases del mundo y la reduccin de precios de los captadoressolares en algunos mercados especialmente activos comoChina o Japn. Una situacin que pone de manifiesto que es tamos ante una tecnologa madura que ha experimentado unsignificativo avance durante los ltimos aos.En la actualidad la capacidad de energa solar instalada en el mundo supera a la de otras renovables con altos ndices de desarrollo, como es el caso de la energa elica. Con unapotencia instalada de 98,4 GW trmicos a finales de 2004(Datos del Solar Heat Worldwide 2004, considerando 41pases que representan el 57% de la poblacin mundial y el85 90% delmercado mundial de solar trmica), la solar



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trmicahaalcanzadounosniveles de popularidad impensables hace tan solo unos aos. Y no exclusivamente por lo que a la produccin de agua caliente se refiere,sinotambinencuantoa la calefaccin de viviendas.A da de hoy la mayor parte de los captadores solares instalados en el mundo tienen como fi nalidad la produccin de agua caliente parausodomstico. A esta aplicacin se destinan losesfuerzos de la mayora de los mercados nacionales importantes, aunque el tipo y el tamaode las instalaciones, as como el porcentaje total de la demanda que cubre, vara en funcin dela zona del mundo a la que hagamos referencia.El aporte de energa solar en sistemas de calefaccin es el segundo en importancia; una apli cacin que resulta especialmente interesante en pases fros y que se utiliza cada vez con mayor frecuencia tanto para viviendas familiares como para todo tipo de instalaciones colecti vas. Se trata de una opcin cada vez ms valorada en pases como China, Australia, Nueva Zelanda o Europa, donde se entiende la edificacin desde una perspectiva global en la que la energa solar puede ofrecer soluciones integradas en muy diversos mbitos, y la calefaccin constituye siempre un potencial muy atractivo.Finalmenteentrelasaplicacionesdelaenerga solar trmica en el mundo cabe tambin destacar la climatizacin del agua para piscinas. Esta aplicacin sigue teniendo gran importancia en pa ses como Estados Unidos, Canad, Australia y Austria, aunque en los ltimos aos ha perdidoparte de su mercado, despus de un periodo en el que se han registrado fuertes crecimientos.Por lo que respecta al repartodelaenerga solar trmica por pases, el mercadomundialcon tinua bajo el dominio de China. Se calcula que aproximadamente el 40% de los captadores solares colocados en el mundo se encuentran en este pas. Despus de alcanzar una gran acep tacin en pequeos municipios durante las dcadas de los aos 80 y 90, la energa solar trmica en la Repblica Popular China ha penetrado con fuerza en ciudades de medio y gran ta mao como Shangai o Tianjin. Hoy, 10 millones de familias disponen de agua caliente gracias

Situacin actual23


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23al Sol, lo que supone un ahorro de 6,3 millones de toneladas de carbn al ao, que evita la emi sin de ms de 13 millones de toneladas de CO2.A China le siguen Japn, Turqua, Alemania e Israel con altos ndices de crecimientoenloslti mos aos. Entre ellos, llama especialmente la atencin el desarrollo de la energa solar en Israel,donde alrededor del 85% de las viviendas estn equipadas con captadores solarestrmicos,como resultado de una ley de hace 20 aos que requiere que todos los edificios de menos de 20 metros de altura deban estar dotados de sistemas solares trmicos en los tejados.Ms espectacular si cabe resulta el caso de Chipre. El pas que recientemente se ha incorpora do a la Unin Europea es el que ms cantidad de energasolartrmicaaporta por habitante enel mundo, con 431 kWth (kW trmico) por cada 1.000 habitantes. En este pas ms del 90% de los edificios construidos estn equipados con captadores solarestrmicos,loquerepresentams del doble de la capacidad instalada por habitante en otros pases europeos con gran tra

dicin solar, como Grecia o Austria.

2.2 Situacin en EuropaEuropa representa tan solo el 9% del mercado mundial de energasolartrmicaconunapo tencia instalada de 10.000 MWth (MW trmico) a finales de 2004, o lo que es lo mismo, un total de 14 millones de m2de captadores solares en funcionamiento. El impulso que ha reci

bido esta industria durante los ltimos aos, es lo que ha permitido dar un paso firme en el

objetivo comn de alcanzar los 100 millones de m2 de superficie instalada que se pretendenconseguir en el horizonte de 2010.Aunque los objetivos contemplados por la Comisin Europea en su Libro Blanco todava estn demasiado lejos, lo cierto es que los primeros aos de este nuevo milenio han resultado deci sivos para el despegue definitivodelatecnologasolartrmicaenEuropa. Algo que no habra

Europa representatan solo el 9%del mercadomundial de energa

solar trmica

Energa Solar Trmica24


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La investigacin denuevas tecnologas

de origen renovablees una de las seas

de identidad delmercado europeo

sido posible sin el empuje solar de pases como Alemania, Grecia, Austria y Espaa que, en con junto, representan el 78% de la capacidad instalada en Europa (Datos del Informe de laFederacin de la Industria Solar TrmicaEuropea de Junio de 2005).El uso de los captadores solares para producir agua caliente, al igual que ocurre en el resto delmundo, es la aplicacin preferida por los europeos, seguida de la calefaccin y de forma muypoco significativa la climatizacin de piscinas, que slo tiene cierta importancia en Austria oAlemania. En pases del norte de Europatambindestacaelusodecolectores de aire para ca lentar el espacio, en especial en Suiza, con un total de 581 MWth producidos con estatecnologa, Noruega con 287 MWth instalados, y a ms distancia Finlandia.Precisamente, la investigacin de nuevas tecnologas de origen renovable es una de las seasde identidad del mercado europeo. Los pases de la Unin Europea son los que estn condu ciendo el desarrollo de la industria solar trmica en la mayora de las reas tecnolgicas. Sinembargo, esto podra dejar de ser as pronto, a no ser que los pases de la Unin se decidan a ampliar significativamente la capacidad de energa solar instalada en cada uno de los merca dos nacionales que forman parte de la Europa de los 25. Con el objeto de fomentar el uso de esta fuente renovable frente a otras opciones menos res petuosas con el entorno, la mayora de pases europeos conceden ayudas pblicas a empresasy particulares. El objetivodestasesaumentarsignificativamente el parque solar a travsdeincentivos econmicos que hagan ms atractiva la energasolartrmicaalusuario. El tipo deapoyo pblico ms usual son las subvenciones directas, en cuantas que varan del 20% al

60%, como es el caso de Austria, Alemania, Dinamarca, Espaa, Holanda o Suecia. El ltimo ensumarse a esta forma de potenciar la energasolartrmicaesFrancia, donde se ha puesto enmarcha el Plan Soleil, que permite deducir de la declaracin de la renta ms del 40% de loscostes de instalacin. Una iniciativa que ya empieza a dar sus frutos y que ha generado gran des expectativas a corto y medio plazo.

25Situacin actual


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5

Por su parte, Alemania contina con el programa Marktanreizque tan buenos resultados leha dado desde principios de los aos 90 y que le ha llevado a colocarse como lder indiscutibleen Europa, con 4.000 MW trmicos instalados y una superficie de 5,7 millones de metros cua drados. El 80% del mercadodomsticoenestepascorresponde a instalaciones tipo para agua caliente sanitaria (ACS) en viviendas familiares, aunque tambin se estn empezando a poten

ciar los sistemas solares de gran tamao para suministrar calor a edificios comerciales,industrias, hospitales e incluso barriadas enteras.Grecia es el segundo pas europeo en importancia en cuanto a volumen de mercado se refiere.Con un 14% del total de la superficie instalada en la Unin Europea, el pas heleno dispone de un tejido solar que abastece de agua caliente a uno de cada cuatrohabitantes.Despusdeva rias dcadas en las que el gobierno ha apoyado con decisin la instalacin de paneles solaresmedianteincentivosfiscalesyatravs de campaas de publicidad en medios de comunicacin,actualmente se han suspendido todos los privilegios con los que contaba esta tecnologa en elpasado. Sin embargo, esta medida no ha repercutido en la demanda que, en 2004, aument un34% respecto al ao anterior. Esto pone de manifiesto el grado de satisfaccin de los helenos conlaenerga solar trmica y su confianza en esta tecnologa paraproduciraguacaliente.

2.3 Situacin en EspaaEspaa es el cuarto pas europeo en el aprovechamientodelaenerga solar trmica, por delantede pases como Italia, Francia o Gran Bretaa. Con un 6% del total del mercado europeo, nuestro pas ha alcanzado la madurez tecnolgica y comercial tras ms de 20 aos de experiencia. No obstante, el desarrollo de la energa solar en Espaa se ha producido a un ritmo muy des igualalolargo de las ltimas dcadas. A finales de la dcada de los 70 yprincipiosdelos80se empezaron a dar los primeros pasos en el desarrollo de esta energa. Durante los primeros



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aos, coincidiendo con la crisis energticaqueseencontraba en su mayor intensidad entonces,se crearon unas expectativas sobre la utilizacin de la energa solar quizs demasiado sobre dimensionadas para las posibilidades reales de aquellos momentos. Al abrigo de las buenasperspectivas del mercado surgieron un gran nmero de empresas, tanto de fabricacin de cap tadores solares como de instaladores, que no en todos los casos contaban con las suficientes garantas tcnicas de calidad y fiabilidad de los equipos para ofrecerestetipodeservicios.Esto provoc que algunas instalaciones no dieran los resultados previstos y, lo que es peor, lasensacin de que la energasolartrmicaofreca baja durabilidad, mal rendimiento y proble mas frecuentes para el usuario.As, durante el ltimo tramo de este periodo se produjo un estancamiento del mercado y una seleccin natural tanto de los fabricantes como de los instaladores, que llev al cese de sus ac tividades a aquellos que no estaban lo suficientemente preparados para dar servicios decalidad en este mercado.Posteriormente, en el periodo que va desde 1985 a 1995, los precios energticos sufrieron unfuerte descenso y la sensacin de crisis energticadesapareci. Las entidades relacionadascon las instalaciones solares que continuaban en el mercado se afianzaron y la demanda se es tabiliz a un nivel de aproximadamente 10.000 m2por ao.Durante este periodo se produjeron avances significativos en los aspectos de calidad y garant as ofrecidostantoporlosinstaladores como por los fabricantes de equipos. Tambinsemejornotablemente el mantenimiento de las instalaciones. Cabe mencionar la aparicin de nuevosconceptos,comola"garanta de resultados solares", por el que al usuario se le aseguraba la produccindeunacantidaddeenerga con un sistema solar que, de no alcanzarse, se compen saba pagndole la diferencia entre la energa garantizada y la energa realmente producida porsu instalacin. Otra novedad fue la introducida en el Programa Prosol de la Junta de Andalu ca, consistente en el "pago a plazos" de la inversin. Hoy en da este tipo de facilidades enla

Situacin actual27


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financiacin se han extendido al resto del territorio espaol, a la vez que se han puesto en marcha otros mecanismos para favorecer la instalacin de captadores solares mediante subvenciones directas.

Evolucin del mercado espaol 1990 2005 En esta ltima dcada, la aportacin de energa solar

5000trmica ha aumentado considerablemente en nuestropas, sobre todo, gracias a las ayudas pblicas (lnea 4500ICO IDAE, CC.AA., y ordenanzas municipales), a la ma 4000durez del mercado en todos los sentidos, y a las 3500grandes posibilidades que ofrece esta tecnologa en 3000unpascontantashoras de sol al ao como Espaa. De 2500

2000los 10.000 m2nuevos que se instalaban cada ao en ladcada de los 90, hemos pasado a crecimientos me 1500dios por encima de los 60.000 m2en los primeros aos 1000

500de 2000, hasta llegar a los 90.000 en el ao 2005. 0

1990 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2010261,8

341,3

362,6

455,1 522,6

4.900

403,1 610,4

700,4 795,5

Plan de Energas Renovables

2005 2010

Con todo, nuestro pas an se encuentra lejos de los Datos provisionales. Fuente: IDAE

objetivos nacionales fijados en el Plan de Energas Re novables (PER), que plantea alcanzar una superficie instalada de 4,9 millones de metros cuadrados para el ao 2010. Para ello, la entrada en vigor del Cdigo TcnicodelaEdificacin,que obliga a instalar un aporte de energa solar para agua caliente en todas las viviendas denueva construccin, junto a las medidas ya puestas en marcha con anterioridad, darn un im pulso definitivo a un mercado con excelentes perspectivas a medio y largo plazo.En la actualidad, el principal cliente de energa solar en Espaa es el usuario particular que so licita la instalacin de captadores solares de baja temperatura para el consumo de aguacaliente sanitaria. En segundo lugar se encuentran los hoteles y restaurantes, en los que exis teuncreciente inters por este tipo de soluciones energticas.



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Adems de estos dos grupos de consumidores, que son los que ms aportan al total de la su perficie instalada en Espaa, en general, se puede decir que existen buenos ejemplos enmltiples sectores y para todo tipo de aplicaciones posibles, pudiendo mencionar las instala ciones en centros educativos, centros deportivos, centros sanitarios, albergues, campings,servicios pblicos, industrias, etc.

En cuanto al reparto del mer cado por zonas geogrficas,las comunidades autnomascon mayor superficie instaladason aquellas que cuentan conun clima ms favorable para elaprovechamiento de la energasolar trmica. En este sentidodestacan por sus cuotas departicipacin en el mercadoAndaluca, Catalua, Canarias,Baleares, la Comunidad Valen ciana y Madrid, segn ordende importancia. Tambin seobserva una mayor concentra

cin de instalaciones solaresen zonas tursticas o de altonivel de renta.

Datos provisionales. Fuente: IDAE

14.184 m2

236.892 m2

3.626 m2 11.999 m2

24.290 m2

70.255 m2

47.734 m2 7.535 m2108.699 m2

11.006 m2

13.573 m2

7.994 m2

56.258 m2

247 m2

98.049 m2

81.532 m2

1.596 m2

65 m236 m2 795.571 m2

TOTAL

Distribucin de la superficie de energa solar trmica en Espaa

por captadores instalados a finales de 2005


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3

Tecnologas yaplicaciones


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31


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3

Tecnologas yaplicaciones

3.1 Cmo se aprovecha la energa solarLa energasolartrmicaaprovecha la radiacin del Sol paracalentar un fluido que, por lo general, suele ser agua o aire. La capacidad de transformar los rayos solares en calor es,precisamente, el principio elemental en el que se basa estafuente de energa renovable.La conversin de la energa luminosa del Sol en energa calo rfica se produce directamente de forma cotidiana, sin que sea necesaria la intervencin del hombre en este proceso. To dos hemos realizado, en alguna ocasin, el experimento dequemar un papel con la ayuda de una lupa. La lupa concen tra los rayos solares en un punto determinado de susuperficie (foco). Esta concentracin de rayos (y por tanto deenerga) produce un rpido aumento de la temperatura del papel, provocando su combustin.Este ejemplo tan sencillo de llevar a la prctica, a la vez quetan vistoso por sus resultados, nos permite comprobarcmo la radiacin solar se transforma en energa calorfica



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En das soleadosbastar con que los

rayos solaresincidan directamente

sobre nuestrosistema de captacin

de manera inmediata. Pero, en realidad, ni siquiera ser necesario concentrar los rayos sola res para conseguir la conversin trmica perseguida. Cualquier materia experimenta unaumento de temperatura de modo natural al estar expuesta a la radiacin solar. Mientras una superficie negra absorber toda la radiacin visible (por esa razn la vemos negra), una blan ca reflejar toda la radiacin que llega hasta su superficie, por lo que su incremento de temperatura ser muy poco significativo.

En el caso de una instalacin trmica, los captadoressolaressevaldrndesuperficiesdecoloroscuro para absorber la mayor cantidad de radiacin solar posible. As, en das soleados, bas tar con que los rayos solares incidan directamente sobre nuestro sistema de captacin para obtener el aporte energticoquenecesitamospara su uso en muy diversas aplicaciones. Esos, habr que evitar que la energa obtenida pueda perderse instantes despus si realmente queremos sacar provecho de esta fuente de energa tan beneficiosa para el ciudadano por susventajas medioambientales y su grado de autonoma.Con el objetivo de evitar fugas de energa, los sistemas de captacin solar imitan los procesosnaturales que tienen lugar en la Tierra, donde la radiacin solar atraviesa con facilidad nuestraatmsfera hasta llegar a la superficie terrestre. Cuando la tierra y el mar se calientan por este motivo, irradian la energa que han absorbido en longitudes de onda ms largas. Parte de la ra diacin de onda larga vuelve a la atmsfera, que la absorbe y la reirradia de nuevo a la superficie terrestre en un efecto rebote. Esto es lo que se conoce como efecto invernadero, un fenmeno que impide, entre otras cosas, que la temperatura de la Tierra pueda ser de 30 a 40 C ms baja de lo que es en la actualidad.Este mismo fenmeno, a otra escala ms modesta, es el que se aplica en los invernaderos para elcultivo de plantas y, por supuesto, en los sistemas de captacin de energa solar. El cristal, como la atmsfera de nuestro planeta, tiene la propiedad de ser atravesado fcilmente por las ondas cortas de los rayos solares, al mismo tiempo que se comporta como un muro impenetrable ante

33Tecnologas y aplicaciones


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las radiaciones de onda larga. Cuando los rayos solares atraviesan una superficie acristalada seproduce un aumento de temperatura en el interior del habitculo. Entonces, el cristal actuarcomo una trampa de calor que impedir que la energa calorfica pueda salir al exterior.Cualquier sistema de captacin solar se basar, pues, en combinar el efecto de cuerpo ne gro con el efecto invernadero, con lo que, por un lado, se consigue aprovechar gran parte de la radiacin que llega hasta una instalacin solar, y por otro, impedir la fuga de caloras una vez ganadas.

3.2 Funcionamiento de una instalacin solarEl principio elemental en el que se fundamenta cualquier instalacin solar trmica es el de aprovechar la energa del Sol mediante un conjunto de captadores y transferirla a un sistemade almacenamiento, que abastece el consumo cuando sea necesario.Este mecanismo tan sencillo al mismo tiempo que eficaz, resulta muy til en mltiples aplica ciones, tanto en el mbito domstico como en el industrial. Baste con sealar algunas de ellascomo el agua caliente parausodomstico,elaporte de energa para instalaciones de calefac cin, el calentamiento de agua para piscinas, o el precalentamiento de fluidos en distintosprocesos industriales, para darnos cuenta del beneficio de esta energa para la humanidad.As, la posibilidad de captar la energa del Sol desde el lugar que se necesita, junto con la ca

pacidad de poder almacenarla durante el tiempo suficiente para disponer de ella cuando hagafalta, es lo que hace que esta tecnologa sea tan ampliamente aceptada en muchas partes delmundo. No en vano, la nica contribucin del hombre para aprovechar esta fuente de energa es canalizar y retrasar el proceso natural que ocurre a cada instante en la superficie terrestre,por el que la radiacin solar se convierte en energa trmica.



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El procedimiento actual que se lleva a cabo en cualquier instalacin solar consiste en absorberla energatrmicacontenidaenlosrayos solares. Una vez que el fluido que circula en el inte rior del captador se calienta, hay que evitar su enfriamiento a travsdeunaislamientotrmicolo ms eficaz posible. Por ejemplo, si el fluido de trabajo es el aire, se le puede hacer circularentre piedras que se calientan y son capaces de devolver este calor al aire fro. Tambinsepue de, y es el caso ms habitual, mantener el calor de una masa de agua por medio de un tanque

de almacenamiento bien aislado.Ahora bien, cualquiera que sea el procedimiento utilizado, lo cierto es que se puede pensaren acumular cantidades importantes de energa durante largos periodos de tiempo (almace namiento estacional). No obstante, los depsitos de almacenamiento terminan por perder laenerga trmica conseguida a lo largo del tiempo, por lo que el funcionamiento de nuestrainstalacin tambin estar condicionado por la cantidad de radiacin solar que llega hasta el

captador y por la demanda de energa de cada mo

Esquema bsico de una instalacin solar de baja temperatura con mento. Generalmente se dimensiona para que laaplicacin de agua caliente sanitaria acumulacin solar sea la demandada por los usua

rios en un da.solar

Colector

Acumulador

Consumo

Agua fra

Radiacin

Intercambiador

Para evitar posibles restricciones energticas enaquellos periodos en los que no hay suficiente radia cin y/o el consumo es superior a lo previsto, casi latotalidad de los sistemas de energa solar trmicacuentan con un aporte de energa extraordinario. Enestas ocasiones, entrar automticamente en funcio rednamiento un sistema de calentamiento auxiliar quepermite compensar el dficit existente. Este sistema

Circuito primario Circuito secundario de apoyo utilizar los medios energticosconvencio nales, como el gas, la electricidad o el gasleo.


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de captacin inferior a 20 m2, o una revisin cada seis meses para instalaciones con superficie de captacin superior a 20 m2. (Frecuencia especificada por el Cdigo Tcnico de la Edificacin).En las revisiones que lleve a cabo la empresa instaladora no se contempla la inspeccin del sis tema de energa auxiliar propiamente dicho. Dado que no forma parte del sistema de energa solar, slo ser necesario realizar las actuaciones previstas para asegurar el buen funciona

miento entre ambos sistemas, as como comprobar el correcto estado de sus conexiones,derivando a la empresa responsable del sistema adicional la inspeccin del mismo.En cualquier caso, el plan de mantenimiento debe realizarseporpersonaltcnicoespecializa do que conozca la tecnologa solar trmica. Con la instalacin tambin se facilitar un librodemantenimiento en el que se reflejan las operaciones ms importantes a realizar, as como la forma de actuar ante posibles anomalas.

3.3 Elementos principales de una instalacin solarCaptadores solaresSe han diseado distintas y avanzadas versiones de captadores solarestrmicosconelobjeti vo de incrementar la cantidad de energaabsorbidaydisminuirlasprdidas. Aunque los mscomunes son los captadores planos, que utilizan como fluido el agua, en la actualidad tambinse comercializan otros tipos de captadores que cuentan con gran aceptacin en el mercado. En tre ellos cabe destacar el captador solar de vaco, que consigue temperaturas ms elevadas defuncionamiento, y los captadores solares de aire, que se utilizan fundamentalmente en los cli mas fros para calentar el espacio.A continuacin se detallan algunas de las caractersticas de los captadores solares ms empleados

37Tecnologas y aplicaciones

h d h l t i d b j t t l tili


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hoy en da para aprovechar la energatrmicadebajatemperatura; o sea, la que se utiliza conven cionalmente parausodomsticoyquetrabaja con temperaturas que no sobrepasan los 100 C detemperatura.

Imgenes de un captador plano (izquierda)y un captador de vaco (derecha)

El principio de funcionamiento del captador plano se basa en una trampa de calor que con juga el efecto de cuerpo negro con el efecto invernadero. Gracias a este sistema decaptacin se consigue absorber la mayor parte de la radiacin solar que llega hasta la superfi cie y devolver la menos posible.Los captadores planos, destinados por lo general a la produccin de agua caliente sanitaria, es tn recubiertosdeunacajahermticamentecerrada. En la cara superior de esta caja se colocauna superficie acristalada que deja atravesar la radiacin solar e impide que se pierda la ga nancia trmica obtenida. Generalmente la carcasa que envuelve al equipo de captacin esmetlica, aunque en algunos casos puede ser de plstico especial o de algn otro material. En el interior del sistema captador se encuentra la placa absorbedora, que es el lugar donde serealiza la captacin de la radiacin solar propiamente dicha. Fabricada con materiales que con ducen bien el calor (aluminio, cobre, planchas metlicas), esta placa tiene un funcionamientoparecido al de un radiador: con una disposicin de tubos que cuentan con una toma por don de entra el fluido a calentar y otra de salida.

Energa Solar Trmica38Pese a que existe un gran nmero de diferentes configuraciones de tubos internos los tradicio


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Pese a que existe un gran nmero de diferentes configuraciones de tubos internos, los tradicio nales suelen utilizar los de tipo serpentina o los de tubo paralelo. Estos consisten en varios tubos de cobre, orientados en forma vertical con respecto al captador, en contacto con una pla ca de color oscuro que transfiere el calor al fluido circulante. El contacto entre la placa absorbedora y el tubo por donde circula el fluido no tiene porquserunelementocrticodelcaptadorsiempre que est bien sellado con cualquiera de las tcnicas de soldaduradisponi bles en estos momentos en el mercado.

Juntas Estancas

Aislamiento Trmico

Cubierta Protectora

Lmina ReflectantePlaca Absorbedora

Carcasacaptador de serpentn (derecha)

Imgenes de un captador detubos paralelo (izquierda) y un

Las dimensiones de los captadores solares son muy diversas y van desde los 0,5 m 2 los mspequeos, hasta los 8 m2los ms grandes, siendo la medida ms habitual en torno a los 2 m2.En cuanto al rendimiento de los captadores solares, resulta difcil precisar qu cantidad deenerga se podr obtener en cada momento, puesto que este tipo de captadores de baja tem peratura carecen de cualquier forma de seguimiento de la posicin del Sol a lo largo del da, y captan tanto la radiacin directa como la difusa con resultados muy variables.

391En lneas generales la eficiencia de los captadores sola

Tecnologas y aplicaciones


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Grfico: curv a de rendimiento de un captador solary frmulas de medicin del rendimiento.

0,8

0,6

0,40,2

0

1

0,57r

En lneas generales, la eficiencia de los captadores sola res vendr definida por su curva de rendimiento, quepermite saber cul es la cantidad de energa que podre mos aprovechar en cada situacin (tal y como se puedeapreciar en la figura). Al respecto, existe una normativaoficial para la homologacin de estos equipos en la quese evala la curva caracterstica de los diferentes mode los. Esta valoracin se realiza sobre captadores nuevos, yde forma puntual, no siendo representativa del compor tamiento del captador a lo largo de su vida til, ya que sueficacia podr evolucionar de diferente manera con el 0 0,2 0,4 0,6 0,8paso del tiempo, en funcin de su mantenimiento, etc. t

r = a bxT donde:

tador

solar (arriba) y frmulas de medicin

r = rendimiento o eficiencia del captador. Un mayor valor de r supone un captador demejores prestaciones.

a = parmetro caracterstico del captador(eficiencia ptica) (punto de corte con el ejeY). Valores mayores suponen una mayor ganancia solar del captador.

b = parmetro caracterstico del captador (prdidas por radiacin y convenccin) (pen diente de la recta). Valores menores suponen menoresprdidas de la energa captada.

T= parmetro variable que representa las condiciones ambientales y de trabajo del cap . Se define como proporcional a la diferencia entre la temperatura de entrada del

fluido y la temperatura ambiente, dividido entre la irradiancia.

Curva de rendimiento de un captadordel rendimiento (izquierda)

1

40 Energa Solar TrmicaSimilares a los captadores planos los captadores solares de vaco pueden llegar a ser ms efi


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Similares a los captadores planos, los captadores solares de vaco pueden llegar a ser ms efi cientes en unos determinados rangos de temperatura,aunquetambinmscostosos.Estoscaptadores consiguen sacar el mximo provechoalasinstalacionestrmicas,quetrabajan atemperaturas por encima de los 60 C. Los captadores de vaco estn consiguiendo gran popu laridad en climas fros y en el sureste asitico; sobre todo en China, uno de los pases con mstradicin en la generacin de vatiostrmicosdeenerga solar.La principal diferencia respecto a los planos reside en los conductos que absorben la energadel Sol. stos estn recubiertos de un tubo al vaco que deja pasar la radiacin solar, a la vez queevitalasprdidas de energa con mayor precisin que otros sistemas de captacin.No obstante, dentro de los captadores de vaco se han desarrollado distintas tecnologas y existe una gran variedad de calidades y precios.En cualquier caso, a la hora de decantarnos por uno u otro captador, lo primero a considerar escul de ellos se adapta mejor a nuestras circunstancias y para qu aplicacin lo vamos a utili zar. En general, para las condiciones medias de Espaa y para la produccin de agua calientesanitaria, los captadores planos son suficientes para dar servicio en unas condiciones ptimaspara un aporte del 50 80%. Sistema de distribucinEl sistema de distribucin es el que se encarga de transportar el fluido caliente contenido enlos captadores solares hasta el punto de consumo. Existen diferentes circuitos de distribucin,dependiendo de las necesidades que pretendamos satisfacer o las condiciones climticas dellugar donde vamos a realizar la captacin.En Espaa, los ms utilizados para viviendas son los sistemas de distribucin de circuito cerra do, ya sean con termosifn o circulacin forzada. Es decir, aquellos que cuentan con un sistema

41Tecnologas y aplicacionesde doble circuito en el que el fluido que transita por el captador es diferente al que corre a tra


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de doble circuito en el que el fluido que transita por el captador es diferente al que corre a tra vs del tanque de almacenamiento.Pero sepamos algo ms sobre los diferentes sistemas de circulacin disponibles en el merca do que tienen como principal cometido impedir que se pierda la energa trmicaobtenidaenlos captadores solares:

Instalaciones de circuito abierto. Estos sistemas transfieren directamente el aguacaliente producida en el captador solar hacia el depsito de acumulacin. El funcio namiento de estos equipos es muy simple: cuando el captador es calentado por el Sol, el agua aumenta de temperatura desplazndose hacia arriba. Una vez en el de psito de almacenamiento, ste se vaca con una cantidad equivalente de agua msfra que se dirige al captador.

Esquemas de una instalacin de circuito abierto (izquierda) y circuito cerrado (derecha)

42 Energa Solar TrmicaLa principal ventaja de los sistemas de estas caractersticas es que resultan ms econmicos,


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La principal ventaja de los sistemas de estas caractersticas es que resultan ms econmicos,ms sencillos de fabricar, de instalar e incluso obtienen mejores rendimientos energticos.Por el contrario, el principal inconveniente de las instalaciones de circuito abierto es que al utilizar como nico fluido de circulacin el agua se corre el riesgo de rotura en periodos de he ladas o la posibilidad de graves problemas de incrustaciones por la calidad de las aguas.Para evitar este tipo de problemas, en el caso de las obstrucciones en el sistema de capta cin habr que utilizar ciertos aditivos o dispositivos electrnicos. Por su parte, ante lasheladas estacionales ser necesario vaciar el circuito durantelapocamsfradelao,yaque el volumen del hielo es mayor que el del agua lquida y puede llegar a producir daos importantes en el equipo. Por este motivo, las instalaciones de circuito abierto son emple adas en lugares donde no se dan heladas a lo largo del ao (zonas costeras de pases

Esquemas de una instalacin de circulacinnatural (izquierda) y circulacinforzada(derecha)

Tecnologas y aplicaciones43

clidos), o bien en aplicaciones temporales (establecimientos de hostelera de temporada,


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), p p ( p ,piscinas descubiertas).

Instalaciones de circuito cerrado. En este caso existen dos circuitos: el circuito prima rio del sistema captador y el circuito secundario donde se encuentra el sistema dealmacenamiento. En el circuito primario se introduce un lquido especial que circula por dentro del captador y transmite calor al agua del tanque de almacenamiento por

medio de un intercambiador de calor. Lo que se pretende con el sistema de doble cir cuito es evitar que el agua del depsito se pueda mezclar con el lquido del captador.As, es posible colocar un componente anticongelante que permita su uso en zonasdonde las temperaturas bajen de cero grados.

Circulacin forzada de agua. Los sistemas de circulacin forzada estn basados en unabomba de impulsin movida por un aporte exterior de energaelctrica;ungastoquedeberemos tener en cuenta a la hora de optar por este tipo de mecanismos. La bombade circulacin colocada en el sistema de captacin tiene como principal funcin trans ferir el fluido circulante ms rpidamente, impidiendo as que se pueda perder parte de las caloras ganadas en el proceso de distribucin.La utilizacin de esta bomba tambin permite interrumpir la transferencia de calorcuando el agua de los captadores no circule ms caliente que la que se encuentra enel depsito. Este sistema es muy comn en climas fros, donde cualquier prdida decaloras puede restar eficacia a la instalacin solar. Este tipo de circulacin se utilizapara instalaciones solares de cualquier tamao.

Circulacin natural o con termosifn. Estos sistemas tienen la ventaja de no contar con

bombas de impulsin, aprovechando la circulacin natural del agua caliente, que por naturaleza tiende a ascender. Los sistemas con termosifn son muy utilizados en reas geogrficas con climas ms clidos. Estos sistemas de circulacin slo se utilizan parainstalaciones solares pequeas.

Si se quiereaprovechar almximo la energadel Sol es necesarioalmacenarla parautilizarla cuando

se precise

44 Energa Solar TrmicaAlmacenamiento


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Sin duda, la energa que se recibe del Sol no siemprecoincideconlaspocasdemayor consu mo. Por ese motivo, si se quiere aprovechar al mximo la energa que nos concede el Sol, sernecesario acumular la energa en aquellos momentos del da que ms radiacin existe, parautilizarla posteriormente cuando se produzca la demanda.Lo habitual es almacenar la energa en forma de calor en depsitos especialmente diseados para este fin. Segn las caractersticas especficas del tanque de almacenamiento y los materia les con los que haya sido fabricado, podremos conseguir guardar las caloras ganadas durante ms o menos tiempo; desde unas horas (ciclo de la noche al da), hasta dos das como mximo. Por norma general, darn mejores resultados aquellos depsitos que tienen forma cilndrica,en proporciones de uno de ancho por dos de alto. Esto se debe al fenmeno de estratificacinpor el que el agua caliente disminuye su densidad y tiende a ascender por encima del agua fra,que pesa ms. Cuanto mayor sea la altura del depsito, mayorsertambinladiferencia detemperatura entre la parte superior e inferior del tanque de almacenamiento.Delmismomodo,tambinserimportante tener en cuenta la capacidad de acumulacin del de psito a utilizar, que deber mantener un equilibrio conforme a la superficie de captacin solar. Si el depsito fuera demasiado pequeo se desperdiciara parte de la energa obtenida, mientras que si fuera demasiado grande no conseguiramos alcanzar las temperaturas adecuadas de fun cionamiento. Por eso existe una proporcin adecuada entre los metros cuadrados de la superficiede captacin y las dimensiones del tanque de almacenamiento. El depsito de acumulacin ms apropiado para los niveles de radiacin que se dan en Espaa y para agua caliente sanitaria, es el de 60 litros por metro cuadrado en las regiones con menos horas de sol y de 100 litros por m 2en las zonas con mayor intensidad de soleamiento.Pueden encontrarse muchos tipos de depsitos para agua caliente en el mercado, siendo los materiales de construccin ms adecuados el acero, el acero inoxidable, el aluminio y la fibra


de vidrio reforzado. La adecuada eleccin del material de construccin tiene especial importan


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cia porque uno de los problemas ms importantes de las instalaciones solares es la calidad delagua, que puede producir corrosiones en el tanque de almacenamiento. En general no es acon sejable efectuar una instalacin solar con dos materiales de distinta naturaleza, ya que sefavorece la creacin de pares galvnicos.La corrosin puede prevenirse tambin mediante sistemas electrnicos especificados en las ca ractersticas de diseo, o insertando el denominado nodo de sacrificio que debe sercambiado peridicamente.Los depsitos acumuladores,conelfindedisminuirlasprdidas, estn recubiertos de un ma terial aislante, pudiendo adems recubrirse con una funda para incrementar su durabilidad.Sistema de apoyo convencionalEl sistema de energa auxiliar es un elemento imprescindible en toda insta lacin solar si no se quieren sufrir restricciones energticas en aquellosperiodos en los que no hay suficiente radiacin y/o el consumo es superiora lo previsto. Para prevenir estas situaciones, casi la totalidad de los siste mas de energa solar trmica cuentan con un apoyo basado en energas"convencionales". La fuente de apoyo es muy variable, aunque en generales recomendable que se encuentre vinculada a un sistema de control. Algu nos sistemas de apoyo son:

Elctricos,sobre todo para equipos pequeos, en los que la ener ga se suministra dentro del acumulador mediante una resistencia.

Calderas de Gas o Gasleo. Este tipo de apoyos, segn el diseode la instalacin, pueden provenir de las instalaciones preexisten tes (adecuadamente modificadas) o bien realizarse de modo

46 Energa Solar Trmicasimultneo a la instalacin solar. En todo caso, y dependiendo de las demandas a sa


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tisfacer (puntuales, prolongadas, estacionales...) es posible emplear sistemas decalentamiento instantneo o sistemas provistos de acumulador independiente uotros acumuladores intermedios.

En cualquier caso, siempre ser necesario que exista un mecanismo de control adecuado que gestione correctamente la instalacin, con el fin de reducir al mximo la entrada en funciona miento del sistema de energa de apoyo. El sistema de control estar basado en un conjunto desondas y/o vlvulas automticas, que en funcin de la temperatura del acumulador solar, de latemperatura del acumulador auxiliar si lo hubiera, y de la temperatura de uso activarn el sis tema auxiliar o no y en diferente grado en el caso de los sistemas modulantes.

3.4 Usos y aplicacionesLa energasolartrmicaesunaalternativa muy interesante en una gran variedad de aplicacio nes, entre las que se encuentra el agua caliente sanitaria, la calefaccin, la climatizacin de piscinas, o la produccin de calor en multitud de procesos industriales.A la larga lista de usos plenamente probados y contrastados tras varias dcadas de experiencia,hayqueaadirotros que empiezan a tener grandes expectativas de desarrolloacorto y medioplazo, como es el caso de la refrigeracin de ambientes por medio de procedimientos solares. Produccin de agua caliente sanitariaEl agua caliente sanitaria es, despus de la calefaccin, el segundo consumidor de energa denuestros hogares: con un 20% del consumo energticototal(DatosdelaGua prctica de la ener

ga. Consumo eficiente y responsablepublicada por IDAE). La cantidad de energa que dedicamos


a satisfacer estas necesidades es lo suficientemente importante como


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para detenernos por un momento a considerar cul es el sistema de agua caliente que mejor se ajusta a nuestras circunstancias.En la actualidad la energasolartrmicaofrece una solucin idnea parala produccin de agua caliente sanitaria, al ser una alternativa completa

mente madura y rentable. Entre las razones que hacen que esta tecnologa sea muy apropiada para este tipo de usos, cabe destacar losniveles de temperaturas que se precisan alcanzar (normalmente entre 40y 45 C), que coinciden con los ms adecuados para el buen funciona miento de los sistemas solares estndar que se comercializan en elmercado. Adems, hacemos referencia a una aplicacin que debe satisfa cer a lo largo de todo el ao, por lo que la inversin en el sistema solar se rentabilizar ms rpidamente que en el caso de otros usos solares, como la calefaccin, que slo tienen utilidaddurante los meses fros.Con los sistemas de energasolartrmicahoy en da podemos cubrir el 100% de la demanda deagua caliente durante el verano y del 50 al 80% del total a lo largo del ao; un porcentaje que pue de ser superior en zonas con muchas horas de sol al ao, como por ejemplo el sur de Espaa. Para satisfacer la mayor parte de las necesidades de agua caliente, el propietario de una vivien da familiar tendr que instalar una superficie de captacin de 2 4 m 2y un depsito de 100 300 litros, en funcin del nmero de personas que habiten en la vivienda y la zona climtica espa

ola en la que se encuentre.El grado de desarrollo y comercializacin de estos sistemas de produccin de agua caliente es talque ha llevado a esta aplicacin a convertirse en la ms popular de cuantas ofrece la tecnologa solar en nuestros das. Y es que su uso no slo se limita a las viviendas unifamiliares, sino tam bin a edificios vecinales, bloques de apartamentos, hoteles, superficies comerciales y oficinas.

Energa Solar Trmica48Sistemas de calefaccin


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La mejor posibilidad

para obtener unabuena calefaccin

utilizandocaptadores solareses combinndoloscon un sistema desuelo radiante

La posibilidad de satisfacer, al menos parcialmente, la necesidad de calefaccin de edificiospor medio de la energa solar constituye siempre un potencial atractivo, mxime si tenemos encuenta el elevado coste que tiene mantener una temperatura agradable en una vivienda duran te los meses de invierno.Gracias a los ahorros de energa de ms del 25% que se pueden llegar a alcanzar, en el centro y en el norte de Europa resulta muy habitual emplear este tipo de instalaciones para cubrir par te de la demanda de calefaccin. Adems, estos equipos suelen ser compatibles con la produccin de agua caliente sanitaria, existiendo elementos de control que dan paso a la cale faccin una vez que se han cubierto las necesidades de agua caliente, o bien aprovechando el calor del fluido que circula en el captador para calentar el espacio cuando la calefaccin funcio na a temperaturas menos elevadas.El principal inconveniente con el que se encuentran los usuarios que optan por un sistema de calefaccin de estas caractersticas es la temperatura de trabajo a alcanzar. Mientras las insta laciones de calefaccin convencionales abastecen los radiadores de agua con temperaturasentre 70 y 80 C, los captadores de energa solar de placa plana convencionales (sin ningntipo de tratamiento selectivo en el absorbedor) no suelen trabajar a temperaturas superiores alos 60 C, por lo que slo se utilizan para precalentar el agua. La mejor posibilidad para obtener una buena calefaccin utilizando captadores solares es com

binndolos con un sistema de suelo radiante, el cual funciona a una temperatura muy inferiora la de los radiadores (entre 30 y 40 C), exactamente el rango idneo para que los captadorestrabajen con un alto rendimiento.Otra opcin cada vez ms utilizada en zonas de climas fros es la de instalar captadores de va co que, aunque resultan ms costosos, trabajan a temperaturas superiores a los 70 C. Este

49Tecnologas y aplicacionestipo de captadores son los preferidos por chinos, japoneses, norteamericanos o alemanes, al

t i l t i di d li i d l f i di d


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estar especialmente indicados para aplicaciones de apoyo a calefaccin por radiadores conven cionales. Aunque en Espaa todava tienen poca penetracin en el mercado, se ha registrado un incremento de la demanda considerable durante los ltimos aos.Climatizacin de piscinasLa climatizacin del agua para piscinas constituye otra aplicacin interesante de la energa so lar, tanto si se trata de instalaciones cubiertas como a la intemperie. Estas ltimas merecen especial atencin al existir en gran nmero y al conseguir resultados ms que satisfactorios con sistemas sencillos y baratos.De hecho, resulta bastante econmico lograr una temperatura estable y placentera en piscinas alaire libre. En primer lugar porque, al circular el agua de la piscina directamente por los captadoressolares, no es necesario utilizar ningn tipo de intercambiador de calor ni de sistema de acumula cin. Y en segundo lugar, porque la temperatura de trabajo suele ser tan baja (en torno a los 30 C)que permite prescindir de cubiertas, carcasas o cualquier otro tipo de material aislante. De esta manera, se consigue reducir el precio del captador sin excesivo prejuicio en su rendimiento.La utilizacin de la energa solar para climatizar piscinas cubiertastambinesotra opcin interesan te. Estos sistemas son algo ms complejos que los empleados en piscinas al aire libre, pero al mismotiempo perfectamente compatibles con otras aplicaciones de aprovechamiento solar. Lo habitual enestos casos es que se empleen captadores de placa plana con un sistema formado por un doble cir cuito e intercambiadores combinables con la produccin de agua caliente sanitaria y la calefaccin. Las piscinas cubiertas deben contar con una fuente energticadeapoyo, a la vez que ser re comendable planificar su operacin, debido a los largos periodos que se requieren para calentar la totalidad del agua con el sistema solar.

50 Energa Solar TrmicaRefrigeracin en edificios


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La demanda energticapara la refrigeracin de edificios con el fin de lograr unas condiciones de confort aceptables en verano y parte de la primavera y otoo, aumenta considerablemente ao tras ao en los pases desarrollados. Pese a que la mayor parte de instalaciones para acon dicionar el ambiente funcionan mediante equipos elctricos, cada vez existen ms opciones enel mercado basadas en energa solar.El aprovechamiento de la energa solar para producir fro es una de las aplicaciones trmicascon mayor futuro, pues las pocas en las que ms se necesita enfriar el espacio coinciden con las que se disfruta de mayor radiacin solar. Adems, esta alternativa a los sistemas de refri geracin convencionales es doblemente atractiva porque permite aprovechar las instalacionessolares durante todo el ao, emplendolas en invierno para la calefaccin y en verano para la produccin de fro.Por eso, algunos de los organismos internacionales ms representativos en el mbito de laenerga solar trmica, como es el caso de Federacin de la Industria Solar TrmicaEuropea (ES TIF) o la Agencia Internacional de la Energa, dedican gran parte de sus esfuerzos a potenciar la investigacin y el desarrollo de estas tecnologas basadas en lo que se ha denominado frosolar.Hoy por hoy existen cerca de 70 sistemas de estas caractersticas en Europa, con un rea totalde captacin solar cercana a los 17.000 m2y de una capacidad de energa que ronda los 12 MW.En nuestro pas existe un pequeo grupo de fabricantes que demuestran cada vez mayor inte rspordesarrollar este tipo de soluciones, estando trabajando en el desarrollo de captadoresadaptados a esta aplicacin, aunque todava queda mucho camino por recorrer.Las medidas puestas en marcha por las principales asociaciones del sector, junto a los avancesque se han producido durante los ltimos aos en este campo, permiten ser optimista de cara

51Tecnologas y aplicacionesal futuro. Segn las previsiones disponibles en estos momentos, la demanda de refrigeracin solar crecer de manera significativa en los prximos aos Unas expectativas que vienen a co


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solar crecer de manera significativa en los prximos aos. Unas expectativas que vienen a co rroborar que la tecnologa solar para producir fro ya estmadura desde el punto de vista tecnolgico y ambiental, yloqueesmsimportante, tambin desde el punto de vis ta econmico.De las diversas frmulas de aprovechar el calor solar paraacondicionar trmicamente un ambiente, la ms viable entrminosdecostedelainversin y ahorro de energa es laconstituida por el sistema de refrigeracin por absorcin, utilizada en el 60% de los casos. El funcionamiento de estos equipos se basa en la capacidad de determinadas sustancias para ab sorber un fluido refrigerante. Como absorbentes se utilizan principalmente el amoniaco o elbromuro de litio, mientras que como lquido refrigerante es el agua el ms recomendado.La diferencia fundamental entre un sistema de refrigeracin convencional respecto a los utili zados con tecnologa solar radica en la fuente de energa que ambos precisan para operar. Enel caso del refrigerador solar por absorcin, la energaelctricarequerida en el sistema de com presin se suplanta por una adicin de calor.Usos en la industriaLas posibilidades que ofrece la energasolartrmicasonextraordinariamente amplias, apare ciendo cada da nuevas aplicaciones para su aprovechamiento. Como no poda ser de otra manera, la energadelSoltambinreporta importantes beneficios en el mbito de la industria,de modo especial en los procesos que requieren un considerable caudal de calor para secar, co cer, limpiar o tratar ciertos productos.

Energa Solar Trmica52Son muchos los ejemplos en los que la industria se vale de calor solar para desempear sus ac tividades: tintado y lavado de tejidos en la industria textil procesos de obtencin de pastas


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tividades: tintado y lavado de tejidos en la industria textil, procesos de obtencin de pastasqumicas en la industria papelera, baos lquidos de pintura para la limpieza y desengrasadode automviles, limpieza y desinfeccin de botellas e infinidad de envases, secado de produc

tos agrcolas, tratamiento de alimentos, suelo radiante para granjas o invernaderos, y un largoetctera.Entre los sistemas basados en la energa del Sol que ms se utilizan con finesindustriales debemos hacer hincapi en los secadoressolaresyelprecalen tamiento de fluidos:Secaderos solares.En procesos de secado de semillas, tabaco, etc., ascomo en procesos de secado de madera, pescado los sistemas solares ofrecen una solucin muy apropiada. Mediante grandes tubos que actancomo captadores solares de aire, es posible precalentar y elevar la tem peratura en una planta industrial del orden de 10 a 15 C, lo que es

suficiente en la mayora de los procesos de secado. En estos mbitos, los captadores de airepresentan indudables ventajas, al no ser necesario estar pendientes de posibles fugas o pro blemas de congelacin.Precalentamiento de fluidos.Es factible la utilizacin de la energa solar (mediante captadoresde baja o media temperatura) para el precalentamiento de fluidos, obtenindose importantesahorros energticos.Los elementos y diseos para esta aplicacin pueden ser los mismos quelos utilizados en agua caliente sanitaria. En consecuencia, se trata de sistemas de aprovecha miento de la energa solar muy similares a los que se emplean en la vivienda.

Tecnologas y aplicaciones 53Otras aplicaciones


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El aprovechamiento de la energa solar encuentra cada da nuevos usos que amplan el radio de accin a mbitos ms all de la vivienda o la industria. Gracias al ingenio y perspicacia dealgunos fabricantes, continuamente aparecen en el mercado nuevas aplicaciones que parecanimpensables slo hace algunos aos. Entre ellas, queremos destacar las cocinas solares, que ya han encontrado utilidad a nivel comercial con equipos porttiles que resultan muy apropia dos para pasar un estupendo da de campo al aire libre. Antes de que se les diera esta utilidad, estos simples artefactos haban sido, y siguen siendo,muy tiles para el cocinado de alimentos y la pasteurizacin de agua en pases subdesarrolla dos. Las cocinas solares evitan el consumo de grandes cantidades de lea y reducen el riesgo de enfermedades ocasionadas por el mal estado de las aguas en regiones especialmente cas

Cocina solartigadas por la pobreza en frica, Asia o el sur de Amrica.

3.5 ASPECTOS TCNICOSAntes de comenzar este apartado resulta ineludible precisar que hay muchas maneras de apro vechar la energa trmica de los rayos solares, y que dependiendo del uso y la tecnologautilizada, podremos conseguir resultados muy diversos: desde el calentamiento de agua para fi nesdomsticos,pasandoporlaproduccin de calor en procesos industriales, hasta la generacinde electricidad en pequeas centrales, o incluso en grandes plantas de produccin

elctrica.

Siendo los sistemas de baja temperatura los que mayor implantacin tienen en la actualidad,ya que se basan en una tecnologa completamente desarrollada y comercializada a todos losniveles, a lo largo de esta gua nos hemos centrado fundamentalmente en este tipo de instala ciones. Pero no por ello podemos olvidar la existencia de otros sistemas de energa solar

Energa Solar Trmica54trmicaquehanexperimentadoavances muy significativos durante los ltimos aos y quecuentan con grandes expectativas de cara al futuro.


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La energa solar debaja temperatura

es la que

acostumbramos autilizar en el

mbito domstico

cuentan con grandes expectativas de cara al futuro.Aunque sera demasiado pretencioso por nuestra parteintentarabordar en tan slo unas pocaspginas todas las tecnologas que existen para aprovechar la energa que nos regala el Sol de forma cotidiana, s parece conveniente esbozar someramente cules son las tecnologas basa

das en la energa trmica que estn desarrollndose en estos momentos y qu fines persiguen.

Tecnologas de baja temperaturaLa energa solar denominada de baja temperatura es la que acostumbramos a utilizar en el mbi todomsticoysueleinstalarseenazoteas de vivienda o edificios comerciales. El procedimientoen el que se basan estos sistemas de captacin solar es muy simple, pero a la vez de gran utili dad para el hombre por los servicios que ofrece en multitud de aplicaciones.Por aprovechamiento de baja temperatura se entiende todos aquellos sistemas de energa so lar en los que el fluido calentado no sobrepasa los 100 C. Estas instalaciones se caracterizan por emplear como elemento receptor de energa un captador fijo de placa plana o un captadorsolar de vaco.Como ya se ha comentado en anteriores ocasiones, entre las utilizaciones ms extendidas ba sadas en esta fuente de energa de baja temperatura figuran la produccin de agua caliente sanitaria, la calefaccin de edificios, la climatizacin de piscinas, etc.Tecnologas de media y alta temperaturaLa tecnologa de media temperatura va destinada a aquellas aplicaciones que requieren tem peraturas ms elevadas de trabajo. A partir de los 80 C los captadores planos convencionales

55Tecnologas y aplicacionespresentan rendimientos bajos y cuando se pretende generar vapor entre 100 C y 250 C debe acudirse a otro tipo de elementos de captacin.


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p p

Para llegar a estos niveles de temperatura resulta indispensable utilizar sistemas que concen tren la radiacin solar mediante lentes o espejos parablicos. Los ms desarrollados en la actualidad son los captadores cilindro parablicos, que se valen de espejos para calentar un fluido hasta producir el vapor que nos permita mover una turbina. De esta forma, la energa

tr mica se convierte en energa mecnica.

En este tipo de instalaciones el fluido que se utiliza, principalmente, es aceite o soluciones salinasporque nos permite trabajar a temperaturas ms elevadas. Adems, estos sistemas de concentra cin requieren un seguimiento continuo del Sol, ya que slo aprovechan la radiacin directa.Por ello, en las tecnologas de media temperatura son muy comunes los equipos de seguimien to en el eje Norte Sur o Este Oeste. Tambin existen ejemplos con seguimiento en todas las direcciones, aunque los mecanismos correspondientes se complican en exceso, por lo que nosuele ser una solucin demasiado adecuada para este tipo de sistemas de captacin.Las aplicaciones ms usuales en las instalaciones de media temperatura que se han realizado hasta la fecha, han sido la produccin de vapor para procesos industriales y la generacin de energa elctrica en pequeas centralesde30a2.000kW.Tambin existen ejemplos de otrasaplicaciones tales como la desalinizacin o la refrigeracin mediante energa solar.En las tecnologas de alta temperatura, la radiacin solar puede servir para la generacin deelectricidad a gran escala. Mediante un proceso que convierte el calor en energa mecnicayposteriormenteenenerga elctrica, se consiguen altas capacidades en la produccin deelectricidad.Las instalaciones solares de alta temperatura, tambin conocidas como termoelctricas, se ba san en procesos tecnolgicos parecidos a los utilizados en instalaciones de media

56 Energa Solar Trmicatemperatura, pero eso s, con una mayor capacidad para concentrar los rayos del Sol, as comopara alcanzar temperaturas ms elevadas.


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p p

Receptor motor

Reflectoresparablicos

Receptor/Reflector

Heliostatos

Tubo receptor

TuberasReceptor Central Cilindro parablicos Discos parablicos

En este tipo de centrales se llegan a superar los 2.000 C de temperatura por medio de un grannmero de espejos enfocados hacia un mismo punto (la cpula de una torre o un tubo de vidriodispuesto a lo largo del tramo central del espejo concentrador), con el fin de calentar un fluidohasta convertirlo en vapor. Gracias a la elevada presin alcanzada es posible accionar una tur bina, que a su vez impulsar un generadorelctrico.

Las instalaciones que han conseguido un mayor desarrollo con estetipo de tecnologas son las Centrales Torres, formadas por un campode espejos (helistatos) que realizan un seguimiento del Sol en cual quier direccin para reflejar la radiacin sobre una calderaindependiente y situada en lo alto de una torre central y los sistemas cilindro parablicos, que reflejan la energa procedente del Sol en un tubo que circula a lo largo de la lnea focal del espejo.

En este tipo deinstalaciones sellegan a superar

los 2.000 C

Central

idae_energia solar termica_manuales de energias renovables 4_2006

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