Eficiencia Energética

La eficiencia energética es el conocimiento de los elementos más importantes para lograr la optimización energética, que permita un mejor aprovechamiento de los recursos y un ahorro, tanto en el consumo como en el dimensionamiento de las instalaciones.

El RITE (Reglamento de Instalaciones Términas) es el marco normativo básico que regula las exigencias de eficiencia energética y de seguridad que deben cumplir las instalaciones térmicas de los edificios para atender la demanda de bienestar e higiene de las personas.

Las instalaciones térmicas deben diseñarse, calcularse, ejecutarse, mantenerse y utilizarse de tal forma que se reduzca el consumo de energía convencional.

En consecuencia deben utilizar sistemas eficientes, permitir la recuperación de energía, utilizar las energías renovables y reducir la emisión de gases de efecto invernadero.

Equipos de generación de calor y frío

Los equipos de generación de calor y frio, así como los destinados al movimiento y transporte de fluidos, se seleccionaran en orden a conseguir que sus prestaciones, en cualquier condición de funcionamiento, estén lo más cercanas posibles a su régimen de rendimiento máximo.
La potencia que suministren las unidades de producción de frio o calor que utilicen energías convencionales se ajustará a la carga máxima simultánea de las instalaciones.
Se dispondrá de los generadores necesarios en número, potencia y tipos adecuados, según el perfil de la carga térmica prevista.

Requisitos mínimos de rendimientos energéticos de los generadores de calor

Las bombas de calor deberán cumplir con los siguientes requisitos:

  • Los equipos de hasta 12KW de potencia útil nominal, deberán llevar incorporados los valores de etiquetado energético correspondientes a la normativa europea en vigor.
  • Los equipos de potencia útil nominal superior a 12KW deberán llevar incorporados los valores de etiquetado energético determinados por la normativa europea en vigor, cuando exista la misma, o por entidades de certificación europea.

Evolución tecnológica

Los conductos y accesorios de la red de impulsión de aire dispondrán de un aislamiento térmico suficiente.

Todas las tuberías y accesorios dispondrán de un aislamiento térmico cuando contengan fluidos con, temperatura menor que la temperatura ambiente del local por el que discurran o temperatura mayor a 40ºC cuando están instalados en locales no calefactados.

Cuando las tuberías o conductos estén instalados en el exterior del edificio, la terminación final del aislamiento deberá  poseer la protección suficiente contra la intemperie.

Regulación y control

Las instalaciones estarán dotadas de los sistemas de regulación y control necesarios para que se puedan mantener las condiciones del diseño previstas en los locales climatizados, ajustando, al mismo tiempo, los consumos de energías a las variaciones de las demandas térmicas.

Los sistemas de climatización, centralizados o individuales, se diseñaran para controlar el ambiente interior desde el punto de vista termo-higrométrico.

Ventilación

Los sistemas de ventilación y climatización, centralizados o individuales, se diseñarán para controlar el ambiente interior, desde el punto de vista de la calidad del aire interior.

Zonificación

La zonificación de un sistema de climatización será adoptada a efectos de obtener un elevado bienestar y ahorro de energía. Cada sistema se dividirá en subsistemas, teniendo en cuenta la compartimentación de los espacios interiores, orientación, así como su uso, ocupación y horarios de funcionamiento.

Recuperación de la energía

Las instalaciones térmicas incorporarán, subsistemas que permitan el ahorro, la recuperación de energía y el aprovechamiento de energías residuales.

  • Enfriamiento gratuito: Aprovechamiento del agua o aire exterior para refrigeración.
  • Enfriamiento evaporativo: Aprovechamiento del aire húmedo para refrigeración.
  • Recuperación de calor: Intercambio de energía entre aire interior y exterior mediante recuperadores, aprovechamiento del calor de condensación y aprovechamiento de la transferencia de calor entre zonas.
  • Combinación de sistemas.

Instalación

La empresa instaladora realizará y documentara las siguientes pruebas de eficiencia energética de la instalación:

  • Comprobación del funcionamiento de la instalación en las condiciones de régimen.
  • Comprobación de la eficiencia energética de los equipos de generación de calor y frio en las condiciones de trabajo.
  • Comprobación de los intercambiadores de calor, climatizadores y demás equipos en los que se efectúe una transferencia de energía térmica.
  • Comprobación de la eficiencia y la aportación de energética de la producción de los sistemas de generación de energía de origen renovable
  • Comprobación del  funcionamiento de los elementos de regulación y control.
  • Comprobación de las temperaturas y los saltos térmicos de todos los circuitos de generación, distribución y las unidades terminales en las condiciones de régimen.
    Comprobación que los consumos energéticos se hallan dentro de los márgenes previstos en el proyecto o memoria técnica.
  • Comprobación del funcionamiento y de la potencia absorbida por los motores eléctricos en las condiciones reales de trabajo.
  • Comprobación de las pérdidas térmicas de distribución de la instalación  hidráulica.

Mantenimiento

Las instalaciones térmicas se mantendrán de acuerdo con las operaciones y periodicidades contenidas en el programa de mantenimiento preventivo establecido en el “Manual de uso y mantenimiento”.

Gestión energética

Se debe hacer una evaluación periódica del rendimiento de los equipos generadores de frio y calor.
La empresa mantenedora asesorará al titular, recomendando mejoras o modificaciones de la instalación así como en uso y funcionamiento que redunden en una mayor eficiencia energética.Los valores límite de las temperaturas del aire en los recintos calefactados no será superior a 21ºC, y en los recintos refrigerados no será inferíos a 26ºC.

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Nuevos equipos de Saunier Duval – PROSOL

Gama HELIOBLOK /1 de equipos termosifónicos.

La nueva gama de equipos compactos individuales Helioblock ofrece una solución inteligente a las necesidades de confort y ahorro.

Los criterios de selección que pueden ser utilizados para elegir el equipo solar en una vivienda unifamiliar son múltiples:

  • Equipos compactos: cuando lo que prime sea la sencillez de instalación y el coste reducidos.

En el caso de viviendas individuales: la incorporación de la nueva gama Helioblock a la oferta de equipos cierra un círculo virtuoso de soluciones solares para vivienda individual. 

HELIOBLOK150 /1 – 250/1

Sencillez, rendimiento y fiabilidad. Nueva gama de equipos compactos de 150 y 250 litros, fiables y de fácil instalación. Pueden ser instalados en tejado plano o inclinado. Son sistemas compactos con todos los componentes incluidos, ánodo de magnesio para proteger el depósito contra la corrosión y kit de resistencia eléctrica opcional. De circulación natural, ecológica y económica ya que no necesita electricidad.

Características:

  • Fiabilidad: garantía de 5 años en depósitos y captadores.
  • 2 kits para instalación en tejado plano o inclinado a elegir para cada modelo según necesidades.
  • Retención de líquido solar en caso de aumento de temperatura.
  • Seguridad de cerrado del circuito contra riesgo de aumento de presión.
  • Seguridad del circuito de ACS contra aumento de presión en el depósito.
  • Incluye el líquido solar de fábrica (bidón de 3 litros de glicol para el HELIOBLOCK 150/1 y de 5 litros para el HELIOBLOCK 250/1).
  • Kit de resistencia eléctrica opcional: disponibles resistencias eléctricas de 2 y 3 kW para el 150 y 250 litros respectivamente.

Subvenciones PROSOL.

Dicha gama HELIOBLOK/1, ya está en el programa de subvenciones PROSOL. Estas subvenciones van dirigidas a las personas físicas y jurídicas que deseen el aprovechamiento de energías renovables para la generación de agua caliente y/o climatización mediante la energía solar térmica o la energía de la biomasa en las pequeñas y medianas empresas.

Acciones Subvencionables:

Pequeñas instalaciones, cuya inversión sea inferior a 12.000 € y consistan en la adquisición de:

  • Instalaciones de sistemas solares térmicos prefabricados.
  • Instalaciones solares térmicas con superficie de captación inferior a 7 m².
  • Instalaciones de equipos de pellets (pequeños cilindros de serrín de madera prensada utilizados como combustible para la generación de calor).

Instalaciones mayores: que consistan en la adquisición de:

  • Instalaciones de sistemas solares térmicos para producción de agua caliente con superficie de captación superior a 7 m².
  • Instalaciones de calderas de biomasa, con potencia inferior a 300 kW.
  • Instalaciones mixtas solar-biomasa.

Importe Máximo: depende del tipo instalación de energía renovable a instalar y de las condiciones de la misma.
àEn este caso concreto, el importe de dicha subvención es el siguiente:

P.V.P.PROSOL
Helioblock150/11395,00376,00
Helioblock250/11790,00554,00

Observaciones a tener en cuenta: la instalación se debe realizar por una empresa colaboradora. Se tiene que realizar en Andalucía y el precio no debe superar los 12.000€. Además se requiere el correcto funcionamiento durante 5 años.

Procedimientos a seguir.

  • En caso de subvenciones a PEQUEÑAS INSTALACIONES
  1. Dirigirse a una empresa colaboradora y pedir información sobre el Programa PROSOL.
  2. Solicitar el presupuesto de la instalación de aprovechamiento de energías renovables.
  3. Una vez aprobado el presupuesto, la empresa colaboradora gestionará la solicitud a la Agencia Andaluza de la Energía y montará la instalación.
  4. En el momento en que vaya a realizar el pago de la inversión, automáticamente se disfrutará del descuento de la subvención del Programa PROSOL sobre el coste total de la instalación. Este descuento, equivalente a la subvención, lo realizará la empresa colaboradora, ya que posteriormente será ésta quien reciba el ingreso desde la Agencia Andaluza de la Energía por el importe de la subvención.
  • En caso de subvenciones a INSTALACIONES MAYORES
  1. Dirigirse a una empresa autorizada y pedir información sobre el Programa PROSOL.
  2. Solicitar el presupuesto de la renovación de la instalación de energía renovable.
  3. La empresa autorizada gestionará la solicitud a la Agencia Andaluza de la Energía.
  4. La empresa autorizada montará la instalación
  5. La Agencia Andaluza de la Energía transferirá la subvención en la cuenta corriente que hayas indicado, días después de se ha abonado a la empresa autorizada el coste de de la instalación y ésta presente a la Agencia Andaluza de la Energía en nombre de la PYME beneficiaria la documentación de justificación.

Pasos a seguir para solicitar la condición de empresa autorizada y/o colaboradora:

  1. Acceder a la tramitación online: enlace
  2. Cumplimentar los datos de la solicitud y adjuntar la documentación necesaria.
  3. Firmar la solicitud de autorización y/o colaboración con certificado digital.
  4. La Agencia Andaluza de la Energía comunicará la resolución a través de Notific@.
  5. Una vez notificada la resolución se podrán realizar solicitudes de subvención. 
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Calderas solares híbridas

Cada vez más hogares optan por abastecerse de energías sostenibles para reducir el consumo energético. Una importante normativa, aprobada en el año 2007 y vinculada al Nuevo Código de Edificación, reforzaba una tendencia que fomenta la instalación de placas fotovoltaicas y paneles solares en la construcción de viviendas de nueva edificación.

La empresa Domusa ha sabido aprovechar este reglamento para introducirse en un mercado que comienza a emerger con el advenimiento de los sistemas de captación energética a través de métodos sostenibles.

La firma ha desarrollado una innovadora caldera solar híbrida que permite incrementar el agua caliente disponible y reducir el consumo eléctrico en los hogares. «Nuestra idea primera fue la de simplificar la instalación de esto sistema a los profesionales pero a la vez, hemos visto que podíamos aumentar el rendimiento de las calderas tradicionales para su uso en las viviendas», explica Koldo Uría, director de marketing de la empresa.

El pionero sistema de caldera de Domusa dispone de un acumulador que calienta el agua con la energía solar procedente de la placa térmica fotovoltaica. «El agua pasa a otro condensador más que funciona con gasoil, cuya función también será la de mantener caliente este suministro antes de enviarlo a los diferentes dependencias del hogar», indica.

Uno de los aspectos más novedosos que incorpora el equipamiento creado por esta empresa reside en un sistema propio de ‘autovaciado’ que evita el sobrecalentamiento de las placas solares «en los periodos del año en los que la intensidad solar es más fuerte en comparación con otras estaciones».

Junto a los sistema de vaciado, otro de los inventos que más llama la atención de la caldera solar ‘Evolution Solar 30 FD’ es un dispositivo de potenciación que actúa en los casos en los que el sistema de condensación requiere un incremento de su temperatura. «Con ello se puede parar la caldera durante los meses de verano porque este acumulador puede abastecer por sí mismo a todo el hogar», detalla el responsable de este proyecto que fue presentado con gran éxito en el popular Salón de Climatización celebrado el pasado año en Madrid.

Entra las ventajas que ofrece este singular e innovador producto, el responsable no duda en destacar varias facetas. En primer lugar, considera que se trata de un equipo que puede contribuir a «optimizar el espacio que suelen ocupar estos aparatos en el hogar«. «Su principal atractivo es que facilita la instalación y no requiere de un mantenimiento especial», recalca Uría.

A esta atractiva prestación se añade su función en la reducción en el consumo eléctrico de lo hogares. No en vano, según cálculos de los responsables el descenso estaría en un 70% en el caso del gasto en agua caliente, mientras en «el empleo de calefacción su consumo queda reducido hasta un 30%»

Modelos de calderas híbridas Domusa

Evolution Solar DX

  • SISTEMA DE AUTOVACIADO DE CAPTADORES SOLARES
  • CUERPO DE HIERRO FUNDIDO
  • ACUMULADOR INOX 130L.
  • 2 POTENCIAS: 27,5 kW y 38,5 kW
  • SISTEMA DE POTENCIACIÓN DEL APROVECHAMIENTO SOLAR

Evolution Solar FD

  • SISTEMA DE AUTOVACIADO
  • ACUMULADOR ACERO INOXIDABLE
  • 2 POTENCIAS: 30 KW y 42 KW

MFC Solar DX

  • SISTEMA DE AUTOVACIADO DE CAPTADORES SOLARES
  • CUERPO DE HIERRO FUNDIDO
  • ACUMULADOR INOX 130L.
  • 2 POTENCIAS:27,5kW Y 38,5kW
  • SISTEMA DE POTENCIACIÓN DEL APROVECHAMIENTO SOLAR

Sirena Solar FD

  • SISTEMA DE AUTOVACIADO
  • ACUMULADOR DE ACERO INOXIDABLE
  • 2 POTENCIAS:27,5kW Y 38,5kW

Avanttia Solar

  • SISTEMA DE AUTOVACIADO
  • ACUMULADOR ACERO INOXIDABLE
  • 2 POTENCIAS: 25 kW y 37 kW
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Energía solar térmica

La energía solar térmica aprovecha la radiación del Sol para calentar 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 esta fuente de energía renovable.

La conversión de la energía luminosa del Sol en energía calorífica se produce directamente de forma cotidiana, sin que sea necesaria la intervención del hombre en este proceso. Todos hemos realizado, en alguna ocasión, el experimento de quemar un papel con ayuda de una lupa. La lupa concentra los rayos solares en un punto determinado de su superficie (foco). Esta concentración de rayos (y por tanto de energía) produce un rápido aumento de la temperatura del papel, provocando su combustión.

Este ejemplo tan sencillo de llevar a la práctica, a la vez que tan vistoso por sus resultados, nos permite comprobar cómo la radiación solar se transforma en energía calorífica de manera inmediata. Pero, en realidad, ni siquiera será necesario concentrar los rayos solares para conseguir la conversión térmica perseguida. Cualquier materia experimenta un aumento de temperatura de modo natural al estar expuesta a la radiación solar. Mientras una superficie negra absorberá toda la radiación visible (por esa razón la vemos negra), una blanca reflejará toda la radiación que llega hasta su superficie, por lo que su incremento de temperatura será muy poco significativo.

En el caso de una instalación térmica los captadores solares se valdrán de superficies de color oscuro para absorber la mayor cantidad de radiación solar posible. Así, en días soleados, bastará con que los rayos solares incidan directamente sobre nuestro sistema de captación para obtener el aporte energético que necesitamos para su uso en muy diversas aplicaciones. Eso sí, habrá que evitar que la energía obtenida pueda perderse instantes después si realmente queremos sacar provecho de esta fuente de energía tan beneficiosa para el ciudadano por sus ventajas medioambientales y su grado de autonomía.

Con el objetivo de evitar fugas de energía, los sistemas de captación solar imitan los procesos naturales que tienen lugar en la Tierra, donde la radiación solar atraviesa con facilidad nuestra atmósfera hasta llegar a la superficie terrestre. Cuando la tierra y el mar se calientan por este motivo, irradian la energía que han absorbido en longitudes de onda más largas. Parte de la radiación de onda larga vuelve a la atmósfera, 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 fenómeno que impide, entre otras cosas, que la temperatura de la Tierra pueda ser de 30 a 40ºC más baja de lo que es en la actualidad. Este mismo fenómeno, a otra escala más modesta, es el que se aplica en los invernaderos para el cultivo de plantas y, por supuesto, en los sistemas de captación de energía solar.

El cristal, como la atmósfera de nuestro planeta, tiene la propiedad de ser atravesado fácilmente por las ondas cortas de los rayos solares, al mismo tiempo que se comporta como un muro impenetrable ante las radiaciones de onda larga. Cuando los rayos solares atraviesan una superficie acristalada se produce un aumento de temperatura en el interior del habitáculo. Entonces, el cristal actuará como una trampa de calor que impedirá que la energía calorífica pueda salir al exterior.Cualquier sistema de captación solar se basará, pues, en combinar el «efecto de cuerpo negro» con el «efecto invernadero» con lo que, por un lado, se consigue aprovechar gran parte de la radiación que llega hasta una instalación solar, y por otro, impedir la fuga de calorías una vez ganadas.

Elementos de una instalación solar térmica
El colector o captador

El colector solar es el objeto que capta la radiación solar y la convierte en energía calorífica. En el mercado se pueden encontrar los siguiente tipos:

El Colector de placa plana

Es el convertidor solar térmico que convierte la energía solar en energía térmica extraída del mismo mediante un fluido y que aprovecha el efecto invernadero. La conversión se realiza mediante una placa metálica que transfiere la energía térmica a un líquido en contacto con la placa. Otros elementos del colector son:

-Cubierta transparente. Permite aprovechar más energía mediante el conocido efecto invernadero. Impide que la radiación infrarroja emitida por el absorbedor se pierda, posibilitando que la misma vuelva a la placa absorbedora y sea aprovechada. Proporciona la estanquidad necesaria para evitar la entrada de agua o aire. Se debe prestar especial atención a su resistencia mecánica, pues debe soportar la fuerza del viento o la presión de la nieve acumulada. Los materiales más empleados son

  • el vidrio. La transmisión energética debe ser elevada y depende del espesor, del ángulo de incidencia y del tipo de vidrio. Suelen ser recocidos o templados, lo que mejora sus propiedades mecánicas sin empeorar la óptica. Deben soportar las posibles presiones externas, así como las dilataciones o enfriamientos rápidos (debido a tormentas).
  • Plástico. Presentan propiedades ópticas similares al vidrio, facilitando también el efecto invernadero. Pesan poco y son poco frágiles, además tienen baja conductividad térmica. Como inconvenientes está el posible abombamiento al dilatarse y que son inestables a la luz ultravioleta reduciéndose con el tiempo su transmisión energética. 
  • Doble vidrio. Aumentan el efecto invernadero y reducen las pérdidas por convección. Aumentan la temperatura de la placa absorbedora y la del fluido caloportador. Sin embargo, son elevados en precio y las pérdidas ópticas con lo que serán de aplicación exclusiva en condiciones ambientales frías.

-El absorbedor. Recibe la radiación solar y la convierte en calor que se transmite al fluido caloportador. Las formas son diversas: placas metálicas separadas unos milímetros, una placa metálica con tubos soldados o embutidos o dos placas metálicas con una circuito en su interior. La cara expuesta al sol debe captar la mayor cantidad de rayos de sol por lo que se suele pintar de color negro u oscuro para conseguir una superficie selectiva (muy absorbente a la radiación y baja emitividad).En cuanto a la transmisión del calor desde la placa al líquido es muy buena en absorbedores de doble lámina y algo peor con tubos adosados. Es importante evitar los puentes térmicos entre el absorbedor y la carcasa, debiendo estar bien aislados térmicamente (calorifugados).

-Aislamiento posterior. Se emplea para reducir las pérdidas térmicas en la parte trasera del absorbedor que debe ser de baja conductividad térmica. Los materiales pueden ser lana de vidrio, lana de roca, corcho, poliestireno o poliuretano. Se suele incluir una lámina reflectante (aluminio) tras la placa absorbedora que refleja la radiación posterior reenviándola a la placa.

-La carcasa. Protege y soporta los elementos de colector, permitiendo además anclar y sujetar el colector al edificio. Debe resistir los cambios de temperatura (dilataciones) sin perder la estanquidad. Debe resistir la corrosión. Se hacen colectores completamente estancos al aire, si bien pueden realizarse estancos al agua pero no al aire (orificios en la parte baja).

Colectores de vacío

Son convertidores solares térmicos que permiten obtener mayores temperaturas. Aplicados a temperaturas medias pueden emplearse para producir aire caliente y en procesos industriales. Son capaces de aprovechar la radiación difusa y también funcionan con tiempo frío.

El elemento colector se encuentra insertado en un tubo al que se le ha practicado vacío, este reduce las pérdidas y los riesgos de corrosión y deterioro, con lo que la durabilidad es mayor y también el rendimiento. Existen dos tipos de colectores tubulares de vacío:

  • Flujo directo. Tienen en su interior una placa absorbedora a la que hay adherido un tubo coaxial. Por este tubo circula el líquido caloportador.
  • Con tubo de calor. Consiste en un tubo hueco cerrado en sus extremos y en el que hay una pequeña cantidad de fluido vaporizante. Al calentarse el tubo, el líquido absorbe el calor y se evapora, subiendo hacia la parte alta del tubo. El líquido retorna a la parte baja del tubo por la gravedad, repitiéndose de nuevo el ciclo evaporación-condensación.

El fluido caloportador.

El fluido caloportador pasa a través del absorbedor y transfiere a la parte del sistema de aprovechamiento térmico (acumulador o interacumulador) la energía. Los tipos más usados son el agua y la mezcla de anticongelante, pueden ser también aceites de silicona o líquidos orgánicos sintéticos.

Los anticongelantes son glicoles y los más usados son el etilenglicol y el propilaglicol. Las características fundamentales de los anticongelantes son:

  • Son tóxicos. Debido a que llevan una sustancia que se conoce como inhibidores de la corrosión que es beneficioso para los dispositivos de la instalación. Se debe impedir que se mezcle con el agua de consumo (haciendo la presión del secundario mayor que la del primario, por prevención ante una posible rotura del intercambiador).
  • Son muy viscosos. Al ser más espesos le cuesta al líquido más avanzar, aumentando la pérdida de carga, factor a tener en cuenta a la hora de elegir la electrobomba que suele ser de mayor potencia.
  • Dilata más que el agua cuando se calienta. Para evitar las sobrepresiones se utiliza el vaso de expansión. Si se diseña el vaso como para que aguante una presión como si fuese sólo agua, la membrana del vaso llega un punto en el que no da más de sí y se produciría la sobrepresión en el circuito.
  • Es inestable a más de 120ºC. Si alcanzase más de esta temperatura, se degrada convirtiéndose en un ácido muy corrosivo que afectaría a la vida de los elementos de la instalación. Además pierde sus propiedades por lo que deja de evitar la congelación. Los hay que aguantan más temperatura pero son más caros.
  • La temperatura de ebullición disminuye a la del agua. Podría verse como una ventaja porque significa que absorbe más energía.
  • El calor específico disminuye al del agua. Por absorber más energía, tarda también más en perderla o entregarla, por lo que la ventaja anterior se anula al no transferir todo el calor que ha ganado.

Para calcular la cantidad de anticongelante que hay que añadir a una instalación, primeramente hay que consultar en la tabla de temperaturas históricas cuál es la mínima temperatura registrada en esa ciudad. Una vez que se conoce se va a la gráfica de los glicoles que suministra el fabricante y se traslada el valor para indicarnos cual es el porcentaje.

Almacenamiento

El acumulador adapta la demanda de energía a la disponibilidad solar. Las características que debe cumplir son tener una alta capacidad calorífica, un volumen reducido, responder de manera rápida a la demanda, integrarse bien en el edificio, un bajo coste, ser seguro y tener larga duración. Suelen tener forma cilíndrica lo cual facilita el fenómeno de estratificación. Se construyen en acero, acero inoxidable, aluminio, de fibra de vidrio reforzado y plásticos.

El fenómeno de la estratificación separa el agua de consumo del agua a calentar por los colectores. Se produce por la diferente densidad entre el agua caliente y el agua fría, tendiendo el agua más caliente a subir por pesar menos.

Intercambiadores

Se introduce en la instalación solar cuando s requiere tener dos circuitos independientes. De esta manera se pueden evitar riesgos de heladas, añadiendo anticongelante al fluido del primario. El principal inconveniente son las pérdidas que acarrean por rendimiento. Otras trabas a su uso son el aumento de coste del sistema y el cumplimiento de reglamentación adicional debido a que el agua del primario no es potable.

El rendimiento del intercambiador (relación entre la energía obtenida y la energía introducida) será mayor del 95%.

Los intercambiadores de calor interiores pueden ser:

  • De serpentín. Espiral en la parte baja del acumulador
  • Doble envolvente. El circuito primario envuelve al circuito secundario, existiendo mucha superficie de contacto.

Los intercambiadores de calor exterior pueden ser:

  • Haz tubular.
  • Placas de acero inoxidable.

Electrocirculador o bomba

Facilitan el transporte del fluido caloportador desde los colectores hasta el almacenamiento y luego al consumo. Accionados por un motor eléctrico que suministran al fluido la energía necesaria para transportarlo por el circuito a una determinada presión. Hay tres tipos de electrocirculadores centrífugos:

  • Rotor sumergido. Son silenciosos, requieren un bajo mantenimiento y se montan en línea con la tubería y el eje horizontal.
  • Monobloc. Con el eje en cualquier posición.
  • Acoplamiento motor-electrocirculador de ejes distintos. Son ruidosos.

El comportamiento del electrocirculador se representa P = C * ∆p, donde P es la potencia necesaria, C es el caudal (l/seg.) entre dos puntos de una tubería con diferencia de presión ∆p. Lo que quiere decir que la potencia de la bomba está en función de la pérdida de carga y del caudal. Con estos dos ejes el fabricante lo representará en su curva característica, teniendo cada bomba su propia curva característica.

Con el paso del tiempo, las tuberías van cogiendo corrosión, por lo que la pérdida de carga aumenta con el tiempo, además los cálculos se realizan como si en la instalación sólo hubiese agua, mientras que muchas veces se añade anticongelante, por esta razón en la práctica la bomba que se elige debe estar un poco sobredimensionada.

Las bombas suelen tener varias velocidades y el fabricante lo indica en sus gráficas, lo aconsejable es que se trabaje en una velocidad intermedia para así poder subir o bajar la velocidad si no hemos quedado cortos o hemos sobredimensionado la bomba respectivamente.

Al asociar dos electrobombas en serie se aumenta mucho la altura manométrica y poco el caudal, mientras que si se asocian en paralelo aumenta mucho el caudal y poco la presión.

La bomba tiene que contrarrestar la pérdida de carga solo en el circuito más desfavorable, sin embargo si el circuito está equilibrado, será elegido uno al azar.

El caudal siempre se conoce debido a que si sabemos la superficie colectora, la normativa nos indica que tiene que tener un caudal de aproximadamente 50 l/h  m2. Lo que nos faltaría por conocer es la pérdida de carga, los fabricantes indican las pérdidas de todos los elementos (colector, depósito, tuberías…), quedando la pérdida de carga del circuito finalmente como:

∆p CIRCULADOR = ∆p TUBERÍAS + ∆p COLECTOR + ∆p INTERCAMBIADOR

Elementos asociados al electrocirculador:

El circuito va precedido de un filtro para evitar que entren impurezas de las soldaduras y del resto de la instalación en la bomba. También lleva una válvula antirretorno para evitar retrocesos del fluido caloportador desde el colector a la bomba. Las llaves numeradas con el 3 y 4 se utilizan en caso de avería de la bomba para ser sustituida.

Cerrando la llave 1 y dejando abierta la llave 2, obtenemos en el manómetro la presión de impulsión. Cerrando la llave 2 y abriendo la llave 1, obtenemos en el manómetro la presión de aspiración. Si restamos los resultados se obtiene la pérdida de carga de la instalación, que debe coincidir con la de la instalación.

En la parte trasera el electrocirculador debe tener una pequeña presión para que sea capaz de arrancar, la normativa indica que como mínimo debe ser de 0’2 bar ó 0’5 bar para temperaturas altas.

Si la bomba tuviese una pérdida de carga más pequeña que la necesaria, se creará una depresión en las tuberías y el agua que circula se volverá fácilmente gaseosa, como la bomba está diseñada para mover sólo fluido líquido se produce una aceleración de la bomba y una implosión en el fluido, que acaba estropeando al electrocirculador. La suma de ambas reacciones se conoce como gravitación.

Vaso de expansión

Absorbe las dilataciones del agua en las instalaciones de agua caliente sanitaria. Cuando crece la presión en la instalación debido a la dilatación del fluido caloportador (aumento de temperatura), el fluido sobrante entra en el vaso y empuja la membrana. El gas se comprime, evitando variaciones de presión.

El gas que contiene debería ser nitrógeno debido a que el oxigeno oxida la membrana y la estropea. Siempre debería contener un mínimo de fluido para evitar que la membrana se corroa. El gas nunca debe quedar por encima del fluido porque se formarían bolsas de aire y además de provocar el mal funcionamiento corroe a la membrana. Hay varios tipos de vaso de expansión, hay alguno que no tiene membrana teniendo un gas que no se mezcla con el agua.

Si el vaso es abierto la normativa indica que tiene que tener un 0’2% de agua de la instalación y estar situado a una altura de 3’5 metros sobre los colectores. No se suelen poner porque actualmente están prohibidos.

Cálculo del vaso de expansión. Responde a la fórmula:

VVC = VI  CEXP  CP, donde:
VVC = Volumen del vaso de expansión cerrado.
VI = Volumen del agua de la instalación.
CEXP = Coeficiente de expansión debido a la temperatura máxima de funcionamiento.
CP = Coeficiente de presión. CP =Pmax – Pmin

VI es el Volumen tuberías + Volumen colectores + volumen intercambiador. El volumen del colector y del intercambiador lo facilita el fabricante, mientras que para calcular el volumen de las tuberías se consiguen por unas tablas que tiene la norma UNE dependiendo del diámetro, espesor, caudal…

Otros elementos.

Conducciones

El fluido caloportador debe ser transportado en la instalación a una determinada velocidad porque si va muy rápido no se calentará y si va muy lento alcanzará temperaturas poco deseables, por lo que habrá que calcular el dimensionamiento de las tuberías. Para ello, habrá que mantener unos límites de velocidad (1’2 l/seg – 1’6 l/seg  100 m2 de superficie colectora) y un límite de pérdida de carga.

El material a elegir debería ser el metal más noble posible (cobre), pero en dimensiones grandes, se empleará otro de precio inferior como puede ser el acero o el aluminio. En caso de coexistir varios metales en la misma instalación, el agua debe ir desde el menos noble al más noble por el problema de la electrolisis.

Con los plásticos, el que más aguanta es el polietileno reticulado (100ºC unas pocas horas), por lo que no es aconsejable utilizarlo en el circuito primario.

Para calcular el caudal la norma indica:

Entre 1’2 l/seg y 1’6 l/seg.  100m2. Pasados a l/h quedaría entre 43 l/h y 57 l/h, cogiendo a efectos de cálculo el valor intermedio de 50 l/h

Aislamiento

Evita las pérdidas de los elementos sensibles de la instalación, debe tener un bajo coeficiente de conductividad a un precio razonable. Su colocación será sencilla y soportará un rango amplio de temperaturas. Debe ser ignífugo, no corrosivo por contacto y presentar buena estabilidad. Su resistencia mecánica será buena y su peso específico reducido.

Puede ser de tipo fibroso (amianto, fibra de vidrio, fibra mineral, fibra animal y vegetal), granulosos (perlite, silicato e calcio, magnesia), y celulares (corcho, espuma de vidrio). El espesor se elige en función de la temperatura del fluido y el diámetro de la tubería, también dependiendo si las tuberías son interiores o exteriores.

Otros elementos

Para calcular las instalaciones hay que tener en cuenta un caudal de 50 l/h *m2, la velocidad será de 2 m/seg (3 m/seg. en algunas condiciones) y un ∆p = 40 mm.c.a/m.

  • El manómetro y el hidrómetro. Miden la presión en el interior de una tubería o depósito.
  • La válvula de seguridad. Debe incluirse por estar el circuito sometido a presión y a variaciones de temperatura.
  • El embudo de desagüe. Permite observar la evacuación del líquido.
  • El purgador. Evacua los gases contenidos en el fluido caloportador y debe situarse en la parte más alta de la instalación.
  • Las válvulas antirretorno. Limitan el paso del fluido en un solo sentido.
  • Las válvulas de paso. Pueden interrumpir total o parcialmente el paso del fluido.
  • El termómetro. Mide la temperatura del fluido por contacto o por inmersión.
  • Los termostatos. Miden y activan o desactivan mecanismos mediante una señal eléctrica.
  • El termostato diferencial. Mide una diferencia de temperatura y en función de la medida actúa sobre algún elemento del sistema.

Termotransferencia.

La transferencia térmica puede realizarse de forma:

  • Directa. Es un solo circuito, no hay separación entre el primario y el secundario, el ACS circula por los colectores. Se consigue un buen rendimiento térmico y el sistema presenta simplicidad. Los inconvenientes son el emplear materiales que no contaminen el agua, el riesgo de vaporización y congelación, funciona a la presión de la red (peligro en los colectores), no se puede emplear anticongelante, mayor riesgo de corrosión (aire en el agua), posibles incrustaciones calcáreas y más restricciones legales.
  • Indirecta. Existe un intercambiador térmico evitándose que el fluido caloportador se mezcle con el ACS. Es el más habitual. Si en el circuito primario se ha añadido anticongelante, tiene mayor densidad por lo que va a costar más que ascienda (bomba de mayor tamaño) y además dilata más.

La circulación del fluido se consigue por:

  • Termosifón. Circulación natural. El depósito debe colocarse sobre los colectores para permitir la convección por diferencia de temperatura. Para facilitar el movimiento del agua tiene que haber diferencia suficiente de temperatura T entre el colector y el acumulador y una altura h mayor de 30 centímetros entre el acumulador y los colectores. Cuanto mayores sean T y h, mayor es la energía para mover el líquido. Para evitar el riesgo de temperaturas elevadas en el depósito se diseña con volúmenes mayores de 70 l/m2 de colector.
  • Electrocirculador. Circulación forzada. Evita los defectos propios de los sistemas de circulación natural. Como inconvenientes está la necesidad de energía eléctrica y de regulación y control del circulador. Cuando el intercambiador está a una altura inferior a los colectores el electrocirculador es imprescindible. Hay que incluir además una válvula antirretorno para evitar el posible efecto termosifónico nocturno.

En el circuito primario entra el agua de la red, pasando por la primera válvula de corte, quedando esta válvula abierta hasta que el circuito este lleno. Esta válvula sirve para aislar al circuito. Llega hasta el electrocirculador donde en paralelo se puede observar un manómetro con dos llaves que sirven para medir la presión del circuito y del electrocirculador. Después hay una válvula antirretorno para evitar un efecto termosifónico no deseado cuando el colector no está captando energía. Pasa los colectores solares y se empezaría a medir la temperatura para poder gobernar el funcionamiento del circuito, es decir, cuando es muy alta o muy baja manda cerrar la válvula de tres vías y el electrocirculador se pone en funcionamiento. En el punto más alto está el purgador que sirve para la expulsión de los gases de la instalación., también estaría la válvula de seguridad que dejará expulsar el líquido del circuito si la presión en este suba por encima del nivel fijado.

En el circuito secundario estaría el acumulador junto con una fuente auxiliar de energía (calentador), que podría estar en serie con este.

Las ventajas de este tipo de circuito es que tienes un mejor sistema de control, cuenta con una serie de protecciones de seguridad, aumentando el rendimiento. Se aumenta el número de aplicaciones a las que puede ir destinada y el lugar geográfico donde se puede ubicar.

Los inconvenientes son que se necesita un circuito eléctrico adicional, un sistema de control y que el precio es más elevado. Además tiene un mayor mantenimiento.

Protección contra la congelación y ebullición

Hay que evitar la congelación y ebullición del liquido caloportador.

Las medidas de protección contra la congelación evitarán el riesgo por las noches y el peligro en invierno. Algunas medidas en climas benignos son que entren en funcionamiento pocas veces, mientras que en climas duros podrían ser el paro total de la instalación (vaciándose la instalación), calentamiento de los colectores por recirculación del fluido caloportador, calentamiento de los colectores por resistencia eléctrica, uso de fluido anticongelante, colectores que soporten la congelación, vaciado de los colectores (cuando la temperatura ambiente ronda los 0ºC se abre la válvula de vaciado y cuando la temperatura sube de 4º o 5ºC se llena el circuito con agua de la red(no será válida en circuitos de aluminio por la entrada de aire).

Las medidas de protección contra la ebullición deben evitar el riesgo en instalaciones que se encuentran fuera de servicio. Para evitar la ebullición en los colectores se incluyen los vasos de expansión, válvulas de seguridad, reducir la radiación o el empleo de fluidos orgánicos. Para evitar la ebullición en el almacenamiento hay que dimensionarlo con una relación mayor de 50l/m2.

Aprovechamiento de la energía solar térmica.

El agua caliente sanitaria es la aplicación más idónea para los sistemas de aprovechamiento térmico solar. Es importante diseñar bien el apoyo con energía convencional, e manera que sea realmente un complemento auxiliar. Se deben seguir una serie de principios para el desarrollo de correctos diseños:

  • Captar el máximo posible de energía solar. Es necesario regular la captación de energía para convertirla en energía útil, mediante la medición y comparación del nivel de temperatura en el colector y en el almacenamiento. Mediante regulación diferencial se puede activar la electrobomba o parar la circulación.
  • Consumir prioritariamente la energía solar. Mediante un diseño adecuado del sistema de almacenamiento podemos favorecer el uso prioritario de la energía solar. Se puede incluir un acumulador con resistencia eléctrica regulado por un termostato, que actuará cuando la temperatura del agua sea menor que la temperatura requerida del agua caliente para consumo.
  • Asegurar la correcta complementariedad entre la energía solar y la convencional. Si el nivel de temperatura conseguido con energía solar es frecuentemente inferior al deseado habrá que añadir la energía auxiliar precisa. Se pueden dos casos:
    1. Producción instantánea de la energía de apoyo. Este sistema se coloca a la salida del acumulador solar, es muy práctico en viviendas si se usan calentadores instantáneos de gas de tipo doméstico, siempre que la llama se regule automáticamente en función de la temperatura del agua de entrada.
    2. Producción de energía de apoyo en un acumulador independiente. Se emplea un acumulador más pequeño que el principal y los puntos de consumo.
  • No juntar la energía solar con la convencional. Si el acumulador es único habrá que mezclar lo menos posible, puede conseguirse con un acumulador compartimentado.

Unión de los paneles.

Cuando la disponibilidad de espacio es escasa se deben colocar los paneles de determinadas maneras para optimizar al máximo el espacio existente:

  • Paralelo. Es la forma más común de conexión. Las ventajas son que permite caudales grandes con un buen rendimiento, los inconvenientes es que aumenta la longitud de las tuberías, además de una menor temperatura, aunque suficiente para agua caliente sanitaria.El número de paneles que se pueden colocar estará limitado, indicando el fabricante este número máximo. Nunca será más de 10. La normativa lo que indica es que la perdida de carga sea inferior a 1 m.c.a., pero esto nunca se producirá porque la pérdida es muy pequeña.
  • Serie. El caudal que pasa por todos los colectores es el mismo, permite secciones más pequeñas de tubo. Si se necesitan temperaturas mayores de 50 ºC se conectan los colectores en serie (no más de tres), aunque no se suele recomendar.Las ventajas son el menor espacio que ocupan y la menor sección de las tuberías, con mayor temperatura, los inconvenientes son que cada vez el rendimiento es menor en cada uno de los colectores lo que implica que esta configuración sea muy poco recomendable y no se suela usar.
  • Conexión serie-paralelo. Se combinan las dos disposiciones anteriores, la principal ventaja es que se reducen los inconvenientes de cada una de las conexiones anteriores.
  • Conexión paralelo-serie. La principal ventaja respecto al anterior es que tiene un rendimiento más equilibrado, la desventaja es que el diámetro de las tuberías es mayor.

Concepto de retorno invertido.

En las conexiones se debe guardar el principio de retorno invertido para mantener el equilibrio hidráulico. La longitud de las conducciones será lo más reducida posible para minimizar las pérdidas hidráulicas y térmicas. Si no se consiguiese habría que poner válvulas para compensar presiones. Existen tres formas de conexión:

  • Monotubo
  • Retorno bitubo directo. El último panel está más alejado que el primero. La bomba se diseña para el más desfavorable, lo que provoca que hay más caudal en los primeros. La consecuencia de esto es que no da el calor necesario y habría que regular el caudal con detentores.
  • Retorno bitubo invertido. Los paneles tendrían el mismo recorrido . Se hace este tipo de disposición para no tener que regular el caudal. Si no se hiciese así habría que utilizar válvulas de equilibrado.

Cálculos de la instalación.

Cálculo de la superficie colectora.

Una vez calculados los consumos energéticos en cada mes se representa gráficamente en una curva o diagrama de consumo.
La inclinación óptima de los colectores depende de la utilización que se vaya a realizar de la instalación.

El cálculo de la superficie total colectora se realiza de manera que la aportación solar en el período en que la instalación está activa sea igual al consumo. Para obtener el número de colectores debe coincidir el consumo anual con la aportación solar. La energía aprovechable de un día medio se obtiene a partir de la irradiación horizontal media en un día de cada mes, H. Este valor se ajusta si la instalación se encuentra en una zona montañosa o de atmósfera muy limpia (H*1’05) o si la zona tiene una aire muy contaminado (H*0’95). Otras correcciones al valor H se realizan si hay obstáculos que proyectan sombras sobre los colectores o superficies reflectantes. Con lo que E quedará:

E = k *H*0’94

Además si la orientación se desvía xº del sur: E’ = E *(1’14 -0’0085*x).

La intensidad media útil es igual a I = E(J) / T(seg.)

Cálculo del rendimiento de un colector.

Cada colector funciona con un rendimiento dado por una tabla o ecuación que suministra el fabricante. La ecuación teórica del rendimiento es b–m*(tmº-taº)/I, siendo b la incidencia de los rayos al colector y m la energía que pierde el colector, tmº la temperatura media del acumulador, taº la temperatura ambiente. b y m son constantes y el resto es variable a lo largo del día y en las distintas épocas. Los fabricantes nos podrán proporcionar los valores constantes.

Cálculo de la cantidad de energía recibida en un panel.

Se realiza una estimación de la energía que se va a recibir en un panel en función de la localización geográfica, de la inclinación del panel y del mes en el que se calcule. Sólo se trata de una estimación puesto que se trabaja con tablas estadísticas del lugar.
Para poder realizar este cálculo primeramente se consulta en la tabla la radiación estimada para el lugar en el mes indicado y se multiplica por un factor de corrección que dependiendo de donde se sitúe el panel, localidad con mucha contaminación, normal o poco contaminado oscilará entre los valores 0’95,1 ó 1’05 respectivamente. Después se multiplicará por k que es otro factor de corrección que estará en función de la inclinación del panel y la latitud del lugar. Si el valor de la energía necesitada se divide entre la energía obtenida de este cálculo, resultaría el número de paneles necesarios.

Cálculo para la optimización en la orientación e inclinación de los paneles.

En primer lugar debe fijarse uno de los dos parámetros, la orientación o la inclinación. Después consultando en la gráfica se obtiene entre que valores de orientación o de inclinación puede variar nuestro panel para conseguir un rendimiento deseado. También puede utilizarse, si se saben esos dos parámetros, para saber si las pérdidas son inferiores a la máxima permitida.
Una vez que se sepa entre que valores de orientación puede estar el panel, hay que corregir esa graduación para la latitud del lugar, con las fórmulas:

Inclinación máxima: Inclinación Máx. – (41º – Latitud)
Inclinación mínima: Inclinación min. – (41º – Latitud)
Si se conoce la inclinación se sabrá entre que grados podrá oscilar con la fórmula:
Orientación: Inclinación – (41º – Latitud).

Determinación de las pérdidas sufridas por las sombras.

Cuando la sombra ocupe más del 5% del panel, el rendimiento obtenido estaría muy por debajo de lo esperado. Según la legislación de Madrid, no puede haber sombras a una altitud de 15º sobre el ángulo de elevación de los colectores. Este cálculo dependerá de la latitud, así en Canarias serían 25º.

Para el cálculo de las pérdidas por sombra se utilizan un gráfico donde se representa el recorrido del sol en todas las épocas del año, debido a sus diferentes altitudes, se traslada el obstáculo a dicha gráfica y se van obteniendo los resultados de pérdidas por sombra.

Después el valor de cada una de las celdas se obtiene de unas tablas que varían en función de la orientación e inclinación del panel.

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Energía Solar Fotovoltaica

La electricidad es la forma más versátil de energía que tenemos. Permite que los ciudadanos de los países desarrollados dispongan de luz, refrigeración, control de la temperatura en sus casas, colegios y oficinas y acceso a los medios de comunicación por cable y radio. El acceso a la electricidad está directamente relacionado con la calidad de vida.

Para mejorar la calidad de vida en muchos países se requiere aumentar su consumo eléctrico desde unos pocos cientos a algunos miles de kWh por persona y año. ¿Cómo puede lograrse? Algunos opinan que la quema de combustibles fósiles y la energía nuclear son también soluciones para el s. XXI, sin embargo las plantas de combustibles fósiles provocan emisiones peligrosas para el medio ambiente, usan una fuente limitada, su coste tiende a crecer y no son modulares.por tanto deben desarrollarse las energías renovables, no contaminantes y ampliamente disponibles como la Energía Solar Fotovoltaica y la energía eólica. La energía eólica produce hoy mil veces más electricidad que la EFV, pero está muy localizada en sitios favorables mientras que la fotovoltaica es utilizable en la mayor parte del mundo.

Principio de funcionamiento

La conversión fotovoltaica se basa en el efecto fotoeléctrico. Para llevar a cabo esta conversión se utilizan unos dispositivos denominados células solares, constituidos por materiales semiconductores en los que artificialmente se ha creado un campo eléctrico constante. El material más utilizado es el Silicio Estas células conectadas en serie o paralelo forman un panel solar encargado de suministrar la tensión y la corriente que se ajuste a la demanda.

Es la energía electromagnética emitida por los procesos de fusión del hidrógeno contenido en el sol; dicha energía no alcanza la superficie terrestre de modo constante, su cantidad varía durante el día, de estación a estación y depende de la nubosidad, del ángulo de incidencia y de la reflectancia de las superficies. La radiación que un metro cuadrado de una superficie horizontal recibe es conocida como radiación global y es el resultado de la suma de la radiación directa, de la radiación dispersa o difusa y de la radiación reflejada. Existen tres tipos de Radiación solar, difusa, directa y reflejada y a su vez la radiación global que es la suma de las tres. En la superficie de la tierra en el mejor de los casos llega 1000 W/m2, esta se mide mediante Kw/m2. La radiación directa es la que llega directamente del sol, mientras que la radiación difusa es el efecto generado cuando la radiación solar que alcanza la superficie de la atmósfera de la Tierra se dispersa de su dirección original a causa de moléculas en la atmósfera. Del total de luz removida por dispersión en la atmósfera (aproximadamente un 25% de la radiación incidente), cerca de dos tercios finalmente llegan a la tierra como radiación difusa y la reflejada, como su nombre indica, es aquella reflejada por la superficie terrestre. La cantidad de radiación depende del coeficiente de reflexión de la superficie, también llamado albedo. Las superficies horizontales no reciben ninguna radiación reflejada, porque no ven ninguna superficie terrestre y las superficies verticales son las que más radiación reflejada reciben. La radiación directa existe solo cuando el sol es visible. En invierno la radiación difusa es mucho mayor en porcentaje y en base anual, es equivalente al 55% de la global. En los cálculos de dimensionamiento de los sistemas solares fotovoltaicos a menudo es oportuno considerar la cantidad de radiación solar reflejada por las superficies contiguas a los módulos fotovoltaicos (albedo).

La intensidad de la radiación solar en la tierra depende del ángulo de inclinación de la misma radiación: menor es el ángulo que los rayos del sol forman con una superficie horizontal y mayor es el espesor de atmósfera que estos deben atravesar, con una consiguiente menor radiación que alcanza la superficie. Como hemos visto, una superficie recibe el máximo de los aportes cuando los rayos solares inciden perpendicularmente en esta. La posición del sol varía durante el día y durante las estaciones, por lo tanto también varía el ángulo con el cual los rayos solares entran en contacto con una superficie. Los aportes dependen de la orientación y de la inclinación de los módulos fotovoltaicos. Una superficie horizontal recibe la mayor cantidad de energía en verano, cuando la posición del sol es alta y los días son más largos, mientras que una superficie vertical expuesta al sur recibe más aportes en invierno que en verano, aproximadamente 1,5 veces más con respecto a una horizontal. La orientación mejor de una superficie vertical o inclinada que debe captar los aportes solares es por lo tanto la del Sur.

Instalaciones aisladas.

La energía generada a partir de la conversión fotovoltaica se utiliza para cubrir pequeños consumos eléctricos en el mismo lugar donde se produce la demanda. Es el caso de aplicaciones como la electrificación de:

  • viviendas alejadas de la red eléctrica convencional, básicamente electrificación rural;
  • servicios y alumbrado público: iluminación pública mediante farolas autónomas de parques, calles, monumentos, paradas de autobuses, refugios de montaña, alumbrado de vallas publicitarias, etc. Con la alimentación fotovoltaica de luminarias se evita la realización de zanjas, canalizaciones, necesidad de adquirir derechos de paso, conexión a red eléctrica, etc.
  • aplicaciones agrícolas y de ganado: bombeo de agua, sistemas de riego, iluminación de invernaderos y granjas, suministro a sistemas de ordeño, refrigeración, depuración de aguas, etc.;
  • señalización y comunicaciones: navegación aérea (señales de altura, señalización de pistas) y marítima (faros, boyas), señalización de carreteras, vías de ferrocarril, repetidores y reemisores de radio y televisión y telefonía, cabinas telefónicas aisladas con recepción a través de satélite o de repetidores, sistemas remotos de control y medida, estaciones de tomas de datos, equipos sismológicos, estaciones metereológicas, dispositivos de señalización y alarma, etc.
Ejemplo de utilización de un SFA en un sistema de bombeo de agua.

El balizamiento es una de las aplicaciones más extendida, lo que demuestra la alta fiabilidad de estos equipos. Por su parte, en las instalaciones repetidoras, su ubicación generalmente en zonas de difícil acceso obligaban a frecuentes visitas para hacer el cambio de acumuladores y la vida media de éstos se veía limitada al trabajar con ciclos de descarga muy acentuados. 

Instalaciones conectadas a red

En cuanto a las instalaciones conectadas a la red se pueden encontrar dos casos: centrales fotovoltaicas, (en las que la energía eléctrica generada se entrega directamente a la red eléctrica, como en otra central convencional de generación eléctrica) y sistemas fotovoltaicos en edificios o industrias, conectados a la red eléctrica, en los que una parte de la energía generada se invierte en el mismo autoconsumo del edificio, mientras que la energía excedente se entrega a la red eléctrica. También es posible entregar toda la energía a la red; el usuario recibirá entonces la energía eléctrica de la red, de la misma manera que cualquier otro abonado al suministro.

Ventajas

  • Al no producirse níngún tipo de combustión, no se generan contaminantes atmosféricos en el punto de utilización, ni se producen efectos como la lluvia ácida, efecto invernadero por CO2, etc.
  • El Silicio, elemento base para la fabricación de las células fotovoltaicas, es muy abundante, no siendo necesario explotar yacimientos de forma intensiva.
  • Al ser una energía fundamentalmente de ámbito local, evita pistas, cables, postes, no se requieren grandes tendidos eléctricos, y su impacto visual es reducido.Tampoco tiene unos requerimientos de suelo necesario excesivamente grandes (1kWp puede ocupar entre 10 y 15 m2).
  • Prácticamente se produce la energía con ausencia total de ruidos.
  • Además, no precisa ningún suministro exterior (combustible) ni presencia relevante de otros tipos de recursos (agua, viento).
    Inconvenientes
  • Impacto en el proceso de fabricación de las placas:Extracción del Silicio, fabricación de las células
  • Explotaciones conectadas a red: Necesidad de grandes extensiones de terreno Impacto visual

Barreras para su desarrollo

  • De carácter administrativo y legislativo:Falta de normativa sobre la conexión a la red
  • De carácter inversor: Inversiones iniciales elevadas
  • De carácter tecnológico: Necesidad de nuevos desarrollos tecnológicos
  • De carácter social: Falta de información

Generador fotovoltaico

Se conocen popularmente como paneles solares o placas solares. Son los encargados de transformar la energia del sol en energia electrica. Su orientación ideal es hacia el Sur geográfico y con una inclinación equivalente a la latitud del lugar donde se vaya a realizar la instalación.

 La célula solar, basada en una estructura p-n sobre un material semiconductor, cumple con dos requisitos:

  • Existencia de una estructura heterogénea que produzca un campo eléctrico interno.
  • Que  la radiación luminosa sea capaz de generar cargas libres al absorberse por el material. Es decir, que la energía necesaria para romper un enlace entre átomos y librar un electrón sea igual o inferior a la de los fotones de la radiación luminosa.

y es el dispositivo más importante hoy día para aprovechar el efecto fotovoltaico. El primer dispositivo más importante capaz de convertir con eficiencia (casi un 6%) la energía solar en energía eléctrica, fue desarrollado en 1.954 por D.M. Chapin, C.S.Fueller, G.L.Pearson de los Bell Telephon Laboratoriesen New Jersey; desde entonces células similares a aquella se vienen empleando para suministro de energía eléctrica en una serie de aplicaciones cada día creciente.

Regulador de carga

El sistema de regulación tiene básicamente dos funciones:

  • Evitar sobrecargas y descargas profundas de la batería, ya que esto puede provocar daños irreversibles en la misma. Si, una vez que se ha alcanzado la carga máxima, se intenta seguir introduciendo energía en la batería, se iniciarían procesos de gasificación o de calentamiento que acortarían sensiblemente la duración de la misma.
  • Impedir la descarga de la batería a través de los paneles en los periodos sin luz.

Inversor

La mayoría de los electrodomésticos convencionales necesitan para funcionar corriente alterna a 220V y 50hz de frecuencia. Puesto que los paneles como las baterías trabajan siempre en CC, es necesaria la presencia de un inversor que transforme la corriente continua en alterna.
Las principales características vienen determinadas por la tensión de entrada del inversor, que se debe adaptar a la del generador, la potencia máxima que puede proporcionar la forma de onda en la salida (sinusoidal pura o modificada, etc), la frecuencia de trabajo y la eficiencia, próximas al 85%.

La función prioritaria de las baterías es la de acumular la energía que se produce para poder ser utilizada en la noche o durante periodos prolongados de mal tiempo.

Otra importante función de las baterías es la de proveer una intensidad de corriente superior a la que el generador fotovoltaico pueden entregar. Tal es el caso de un motor, que en el momento del arranque puede demandar una corriente de 4 a 6 veces su corriente nominal durante unos pocos segundos.

Las baterías de plomo-ácido se aplican ampliamente en los sistemas de generación fotovoltaicos. Dentro de la categoría plomo – ácido, las de plomo-antimonio, plomo-selenio y plomo-calcio son las más comunes.

Dentro de la celda, la tensión real de la batería depende de su estado de carga, si está cargando, descargando o en circuito abierto.

Se puede hacer una clasificación de las baterías en base a su capacidad de almacenamiento de energía (medido en Ah a la tensión nominal) y a su ciclo de vida (numero de veces en que la batería puede ser descargada y cargada a fondo antes de que se agote su vida útil).

La cantidad de energía que es capaz de almacenar una batería depende de su capacidad, que se mide en Amperios hora. Por ejemplo, suponiendo una descarga total una batería de 100Ah puede suministrar un amperio durante 100h o 2 amperios durante 50 h, o 5 A durante 20 h.

El número de días que la batería puede mantener el consumo de la instalación (autonomía) dependerá de su capacidad; cuantos más amperios hora pueda almacenar, mayor número de días.

Sistemas con seguimiento

Un seguidor solar es una máquina con una parte fija y otra móvil que dispone una superficie de captación solar lo mas perpendicular al sol posible a lo largo del día y dentro de sus rangos de movimiento. Al orientar los paneles fotovoltaicos de forma perpendicular al sol se incrementa la energía recibida.

Tipos de seguidores:

Sistemas de concentración

El funcionamiento de la CPV se basa en células solares fabricadas con materiales semiconductores compuestos, como el arseniuro de galio, que aprovechan la radiación solar con una eficiencia de un 40%, el doble que las convencionales. No obstante, como los materiales que precisa son muy caros, se instalan células muy pequeñas (entre dos milímetros cuadrados y dos centímetros cuadrados). Para contrarrestar este reducido tamaño, se utilizan diversos medios, como espejos, lentes, prismas, etc. que concentran los rayos solares sobre las células y los amplían hasta mil veces. La tecnología fotovoltaica de concentración (CPV) aprovecha la radiación solar con una eficiencia de un 40%, el doble que las células solares convencionales.

La CPV es un ejemplo más de la gran cantidad de aplicaciones prácticas que tiene la investigación espacial. Esta tecnología se emplea desde hace años en los paneles de los satélites y las naves espaciales, donde se requieren placas que obtengan el máximo de energía solar en la mínima superficie posible. Estados Unidos (EE.UU.) fue la pionera en la creación de estas células, si bien a partir de la década de los 80 su empuje fue decreciendo hasta centrarse básicamente en la industria aeroespacial.

En la actualidad, el creciente desarrollo de las energías renovables está devolviendo el interés por esta tecnología. Sus defensores aseguran que, con el avance tecnológico y un marco legal adecuado, la CPV podrá ser competitiva en pocos años. Por ejemplo, CPV Today, una iniciativa creada para generalizar este sistema, prevé que las nuevas células de tercera generación alcancen una eficiencia del 50% antes de 2015, lo que contribuirá a descender su coste en un 62%.

A la hora de comercializar estas placas, si bien se pueden usar de forma individual como las fotovoltaicas convencionales, con una potencia de unos pocos kilovatios (KW), sus impulsores creen que hoy en día su principal salida económica es la utilización a escala industrial. En este caso, la idea sería construir plantas con gran cantidad de paneles solares, y lograr así potencias por encima de los 100 megavatios (MW). De esta manera, se podría suministrar la energía producida a la red eléctrica, o utilizarla para producir hidrógeno, una de las grandes esperanzas de las energías limpias.

Campo de concentración solar en Almería

España, país destacado.

Además de EE.UU., Alemania y España son los países más avanzados del mundo en este ámbito. Por ejemplo, en 2006 se creaba el Instituto de Sistemas Fotovoltaicos de Concentración (ISFOC). Con sede en Puertollano (Ciudad Real), se trata de un centro de I+D pionero en el mundo que ha puesto en marcha, según sus responsables, una instalación piloto de CPV de tres MW de potencia.

El ISFOC es además un ejemplo de las ventajas de la colaboración, ya que participan varias empresas (Concentrix, Isofotón, SolFocus, Arima, Renovalia CPV, Emcore y Sol3G), universidades (Universidad Politécnica de Madrid, Universidad de Castilla-La Mancha y la de Jaén) e instituciones (Ministerio de Ciencia e Innovación y Junta de Castilla-La Mancha).

Por su parte, según los responsables del ISFOC, hay varias plantas en España que ya funcionan conectadas a la red con una potencia total de unos 15 MW. En estas plantas se prueban las diversas tecnologías posibles, con una concentración basada tanto en células de silicio como en células de alta eficiencia. Por ejemplo, la empresa Guascor Fotón, con la ayuda financiera del Instituto para la Diversificación y el Ahorro de la Energía (IDAE), ponía en marcha la primera instalación comercial de este tipo en Europa. Con un panel de concentradores de 200 metros cuadrados, está conectada a la red de Iberdrola y utiliza células de silicio.

Fuera de España, aunque con participación española, el proyecto NACIR es otra iniciativa interesante en el campo de la CPV. Su objetivo es utilizar esta tecnología en los países del norte de África, que cuentan con unas inmejorables condiciones para aprovechar la luz solar. El proyecto, puesto en marcha este año, tiene una duración prevista de cuatro años y cuenta con un presupuesto de más de siete millones de euros, financiados en parte por la Comisión Europea. Entre sus principales retos destaca la instalación en Marruecos de un sistema de CVP conectado a la red eléctrica, un sistema autónomo de bombeo de agua y riego en Egipto, y la creación de una base de datos que permita aumentar su eficiencia y disminuir sus costes.

El proyecto NACIR también surge gracias a la colaboración a tres bandas: universidad-empresa-institución, ya que participan el Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid, el ISFOC, el Instituto Fraunhoffer de Energía Solar de Alemania, las empresas Concentrix Solar (Alemania) e Isofotón (España), la Oficina Nacional de Electricidad de Marruecos (ONE) y el Ministerio de Recursos Hídricos de Egipto. Además del NACIR, los responsables de ISFOC explican que esperan concretar a lo largo de 2009 diversos proyectos de colaboración en Oriente Medio, Asia y EE.UU.

Inconvenientes de la fotovoltaica de concentración

Los impulsores de la CPV reconocen que hoy por hoy esta tecnología aún se encuentra en un estado precomercial. Asimismo, la tecnología actual presenta una serie de peculiaridades que limitan su generalización. Por ejemplo, las células sólo funcionan adecuadamente en días despejados y con radiación directa, lo que reduce su uso óptimo a lugares muy soleados y ubicados en el ecuador del planeta. Por ejemplo, desde el ISFOC explican que uno de los criterios para elegir Puertollano como banco de pruebas fue su elevada cantidad de radiación directa.

No obstante, el inconveniente de la falta de sol se evita con el uso de seguidores solares a dos ejes de gran precisión, aunque lógicamente encarece el producto final. Además, si bien hay seguidores de concentración para su ubicación en tejados, sus impulsores no consideran que sea la opción más interesante para esta tecnología. Por otra parte, las pérdidas de eficiencia al concentrar hasta mil veces la luz del sol sobre el concentrador también son importantes, aunque menores que otras tecnologías solares, como la de lámina delgada.

En cuanto a los costes de la CPV, los responsables del ISFOC aseguran que en la actualidad son similares a los de la energía fotovoltaica convencional, si bien estiman que, a corto plazo, el desarrollo tecnológico y el crecimiento del mercado, unido a una normativa adecuada, permitirán situar el coste de generación eléctrica de la CPV por debajo de la fotovoltaica convencional.

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Programa PROSOL

PROMOCIÓN DE INSTALACIONES DE ENERGÍAS RENOVABLES

Andalucía tiene un elevado potencial de energías renovables, con enclaves de grandes posibilidades para utilizar la energía eólica, hidráulica, biomasa y solar.

El grado de autoabastecimiento energético no alcanza el 10%, debido a la carencia de fuentes convencionales.

Hay que utilizar fuentes de energías renovables, no contaminantes y limpias. Como beneficio adicional, contribuyen notablemente a la creación de puestos de trabajo y al fortalecimiento del tejido industrial andaluz. 

Para promover y extender la utilización de estas fuentes energéticas, existen Programas de promoción como el PROGRAMA PROSOL. 

Este documento aporta a los posibles usuarios una información de utilidad para la aplicación e instalación de Energías Renovables en Andalucía. 

ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

Es el aprovechamiento directo de la energía solar para producir energía térmica. Su uso es muy variado: agua caliente sanitaria, calentamiento de fluidos térmicos en determinados procesos industriales, calentamiento de piscinas, etc.

ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

Es la conversión directa de energía solar en electricidad, mediante la llamada conversión fotovoltaica, usada en el efecto fotoeléctrico de algunos materiales.

ENERGÍA EÓLICA

Es el aprovechamiento de la energía contenida en el viento (energía cinética), mediante máquinas eólicas, transformándola en energía disponible, normalmente eléctrica o mecánica.

ENERGÍA DE LA BIOMASA

Es el aprovechamiento de la energía contenida en cualquier materia orgánica formada por vía biológica, mediante procesos de conversión energética para su transformación en electricidad, biocarburantes o calor para uso doméstico (ACS, calefacción) o industrial.

CÓMO PUEDE BENEFICIARSE DEL PROGRAMA PROSOL

El PROGRAMA PROSOL es un sistema de promoción y financiación de instalaciones de energías renovables, promocionado por la Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa de la Junta de Andalucía y gestionado por la Sociedad para el Desarrollo Energético de Andalucía, SODEAN S.A. 

El Programa le permite adquirir una instalación que utiliza energía renovable para la producción de agua caliente (energía solar térmica) o electricidad (energía solar fotovoltaica o eólica). 

El PROGRAMA PROSOL establece un precio de referencia de la instalación (PRI), que determina la financiación y subvención que corresponde a una instalación. 

La adquisición de la instalación se facilita mediante el pago fraccionado de parte del coste total de la instalación, en plazos mensuales constantes durante un máximo de tres años (térmica) o cinco años (fotovoltaica y biomasa). 

El PROGRAMA PROSOL asume los intereses que genera este pago fraccionado.

QUIÉNES PUEDEN SER BENEFICIARIOS

Los promotores de instalaciones de Energías Renovables serán beneficiaros de las ayudas.

EMPRESAS INSTALADORAS ACREDITADAS

Únicamente empresas instaladoras acreditadas pueden ejecutar instalaciones acogidas al PROGRAMA PROSOL.

Seleccione la empresa instaladora que le ofrezca la mejor relación calidad/precio.

El precio de instalación incluye:

  • Ejecución completa de la instalación.
  • Garantía de la instalación completa por 3 años.
  • Mantenimiento de la instalación durante 3 años.

Además, el PROGRAMA PROSOL asegura la instalación contra robo, incendio, pedrisco, vandalismo y avería de maquinar

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