Sistemas Solares Térmicos: Funcionamiento y Aplicaciones
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Esquema de Funcionamiento de una Instalación Solar Térmica
La energía radiada del sol se transforma en energía térmica a través de unos dispositivos colectores. Mediante un fluido de trabajo, este recibe dicha energía y aumenta su temperatura. El circuito que describe ese fluido es el circuito primario.
La energía térmica captada se almacena en unos dispositivos acumuladores, empleando para ello el mismo fluido de trabajo de los colectores, o transfiriendo la energía al agua de consumo mediante unos intercambiadores de calor. El circuito que describe el agua de consumo desde el intercambiador hasta el punto de consumo se denomina circuito secundario.
Circulación Natural o Termosifón
El fluido que transporta la energía térmica se mueve de manera natural, aprovechando las diferencias de densidad causadas por la temperatura. Al calentarse, la densidad del fluido es menor y este tiende a fluir hacia la parte alta del circuito. El fluido frío contenido en el acumulador tiene mayor densidad y tiende a desplazarse hacia la parte inferior de los colectores.
Al no necesitar energía eléctrica para bombear el agua, este sistema consume menos, es más barato de instalar y mantener, y más fácil. Sin embargo, el acumulador debe estar colocado por encima de los colectores, y deben idearse mecanismos que eviten el efecto termosifón inverso. Este efecto ocurre cuando el agua calentada durante el día pasa del acumulador a los colectores por la noche al invertirse la diferencia térmica. Para evitarlo, se instalan válvulas antirretorno en las tuberías que conectan el acumulador y el colector.
Circulación Forzada
En este sistema, una o más bombas hacen circular el agua entre los colectores y los acumuladores. El funcionamiento de las bombas se regula mediante un doble control de temperatura: si la diferencia entre la temperatura a la salida de los colectores y en la parte baja del acumulador es superior a 6 °C, la bomba entra en funcionamiento para transferir el fluido del colector al acumulador y llenarlo, a su vez, con fluido frío procedente de este último.
Aplicaciones de la Energía Solar Térmica
Producción de Agua Caliente Sanitaria (ACS): Es la aplicación más extendida. Se alcanzan temperaturas moderadas, en torno a 40-50 °C. Se emplean colectores planos que captan la radiación directa y difusa, logrando calentar el agua incluso en días nublados. Usando un sistema de acumulación, cubre el consumo de los usuarios el 60% de los días del año.
Calentamiento de Piscinas: Las temperaturas requeridas son más bajas (20-30 °C), lo que permite usar colectores planos muy sencillos.
Apoyo a Sistemas de Calefacción de Viviendas: La temperatura debe elevarse hasta 70-80 °C, lo que requiere un sistema auxiliar que permita elevar la temperatura del agua hasta el nivel necesario. Los suelos radiantes operan en 35-40 °C, una temperatura que puede alcanzarse exclusivamente con aporte de energía solar.
Colectores o Captadores Solares
Es el elemento fundamental de una instalación solar térmica. Es un armazón cubierto por el que circula el fluido caloportador. La radiación solar incide sobre el colector, atraviesa su cubierta y se refleja en su parte inferior. La cubierta retiene parte de la radiación reflejada, provocando el calentamiento del colector e incrementando la temperatura del fluido de trabajo.
El captador más habitual es el colector plano. Sus elementos son:
Cubierta transparente: Debe tener buena capacidad de aislamiento, resistencia mecánica y propiedades físicas adecuadas.
Aislamiento: Reduce la pérdida de calor.
Absorbedor: Recoge la radiación solar y transfiere el calor al fluido.
Carcasa: Proporciona consistencia mecánica y resistencia.