Energía solar térmica de baja temperatura

En este caso, la energía solar se utiliza para calentar un fluido (normalmente agua), que cuenta con propiedades térmicas suficientes para ser usado en el sector industrial, comercial o doméstico, en este último caso para la producción de agua caliente sanitaria (ACS). Es decir, se usa directamente con fines térmicos y no para la producción de electricidad.

Normalmente, una instalación solar térmica de baja temperatura cuenta con varios circuitos conectados entre sí para que puedan cederse el calor desde la captación hasta el suministro final. Y pueden ser:

1. Circuito primario: Comprende los captadores solares por los que circula el fluido que se calienta por efecto del Sol, y la red de tuberías que lo llevan hasta el intercambiador de calor.

2. Circuito secundario: El fluido caloportador, accede a ese intercambiador donde cede el potencial térmico acumulado a otra red de tuberías que porta otro fluido, que puede ser directamente el agua de consumo.

3. Circuito terciario: En caso de existir un acumulador de agua caliente al final del circuito secundario, comprendería la red de tuberías que saliendo del mismo terminan en los diferentes puntos de consumo (fregaderos, duchas, lavabos, etc.).

Así, el sistema volvería a recargarse en este punto, por medio del agua corriente o de red (18º C) que rellena de nuevo el depósito cada vez que se vacíe a causa del consumo.

Véanse a continuación los principales elementos que conforman una instalación solar térmica tipo:

1. Paneles o captadores solares: Se trata de los elementos primordiales de estas instalaciones y no deben confundirse con los paneles solares fotovoltaicos que veremos más adelante y que producen electricidad. Presentan una cubierta transparente (normalmente de vidrio muy fino) que se expone al sol (a modo de cara o pared superior), tras la cual se sitúan una placa absorbedora, conformada por una serie de conductos metálicos por los que circula el fluido caloportador, quedando el resto de la cámara aislada del exterior por las paredes o caras laterales e inferior, que sirve de soporte al conjunto. El funcionamiento de estos captadores se basa en el efecto invernadero ya que el vidrio es transparente a la radiación UV pero opaco a la infrarroja, con lo cual se produce un sobrecalentamiento del fluido favorecido por el hecho de que el resto de paredes de la cámara están recubiertas de un aislante térmico que disminuye las pérdidas en un 20% aproximadamente.

Es muy importante que la orientación y la inclinación sean las adecuadas, y esto variará según el hemisferio y la latitud en la que se encuentre la instalación. Si se ubica en el hemisferio Norte la orientación de las placas será hacia el sur, debido al ángulo de inclinación que posee la Tierra respecto al sol, y hacia el norte en el hemisferio Sur. Por su parte, la inclinación de la placa deberá ser mayor cuanto más lejos se encuentre del Ecuador, debiendo quedar en posición prácticamente horizontal (paralela al suelo) si se encuentra sobre este.

 

Además, existen tablas que marcan precisamente la inclinación que deben llevar los módulos solares dependiendo del lugar del mundo donde se ubiquen.

2. Intercambiador de calor: Desde los paneles solares, y a través de una red de tuberías, el fluido térmico llega al intercambiador, dónde cede el calor acumulado al fluido que recorre el circuito secundario (normalmente agua). Por lo general, en este tipo de instalaciones suelen usarse intercambiadores de placas que esencialmente consisten en una serie de láminas por las que pasan alternativamente el fluido caloportador y el fluido receptor, con lo que al final se produce un enfriamiento en el circuito primario y un calentamiento del secundario. Como puede verse en la figura que se muestra a continuación.

 

3. Acumulador: Por lo general el agua caliente no siempre se utiliza cuando hay radiación solar disponible, por lo que se hace necesario su previsión en prácticamente la totalidad de instalaciones solares térmicas. Se llaman acumuladores de inercia térmica porque deben conservar el calor durante el mayor tiempo posible, es decir, que sus aislamientos han de ser lo suficientemente efectivos como para mantener una capacidad calorífica elevada en el interior del depósito. Además han de presentar una alta resistencia mecánica (normalmente con doble pared), pues suelen contener grandes volúmenes de agua, y la durabilidad de sus materiales ha de quedar garantizada (suele emplearse acero inoxidable en su construcción).

4. Red de tuberías: Se puede decir que es el esqueleto de la instalación solar, por el que pasa el fluido caloportador y/o el agua desde la captación hasta el punto de consumo. Las tuberías pueden ser de cobre o acero inoxidable, e incluso de materiales plásticos (PVC) en el tramo final (de consumo). La máxima que debe guiar el diseño de esta red de tuberías, es la que dice que el agua caliente debe hacer el menor recorrido posible, para evitar pérdidas innecesarias, y además tiene que aislarse convenientemente por ese mismo motivo.

5. Sistema de regulación y control: No siempre estará presente, dependerá de las características de la instalación y de su finalidad, pero su función es la de optimizar el rendimiento y evitar averías (sobrecalentamientos). Consta fundamentalmente de sensores (que miden la temperatura en diferentes puntos de la instalación), centralita (recibe la información de los sensores y abre o cierra el circuito) y actuadores (contactores, relés, válvulas… que obedecen a la centralita).

6. Sistema de apoyo: Suministra la energía auxiliar necesaria para calentar el agua cuando la solar no es suficiente. Suele alimentarse de gas o electricidad y sólo actúa cuando no se alcanza la temperatura adecuada en el agua de consumo.
Otros elementos que pueden formar parte de estas instalaciones son las bombas de circulación, cuando la circulación del fluido no se produce de manera natural (termosifón) y debe ser forzada; vasos de expansión, absorben los cambios de presión provocados por las variaciones de volumen del fluido, protegiendo la instalación; válvulas, que regulan o interrumpen el paso del fluido y pueden ser de muchos tipos (de seguridad, de purga, de llenado o vaciado…); etc.