Energia Solar Termica

TTULO Energa solar trmica DIRECCIN TCNICA Instituto para la Diversificacin y Ahorro de la Energa AUTOR DE APIA Jos Manuel Lpez-Czar AGRADECIMIENTOS Se agradecen todas las aportaciones de documentacin fotogrfica que aparecen en este manual ........................................................................Este manual forma parte de una coleccin de 7 ttulos dedicados a las energas renovables; uno de carcter general y seis monografas sobre las diferentes tecnologas. La coleccin es fruto de un convenio de colaboracin firmado por el Instituto para la Diversificacin y Ahorro de la Energa (IDAE) y la Asociacin de Periodistas de Informacin Ambiental (APIA). Esta publicacin ha sido producida por el IDAE y est incluida en su fondo editorial, dentro de la Serie Manuales de Energas Renovables. Cualquier reproduccin, total o parcial, de la presente publicacin debe contar con la aprobacin del IDAE.

........................................................................ IDAE Instituto para la Diversificacin y Ahorro de la Energa C/ Madera, 8 E-28004-Madrid [email protected] www.idae.es Madrid, octubre de 2006

INTRODUCCIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1 EL SOL, FUENTE INAGOTABLE DE ENERGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.1 El Sol y la Tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.2 La Radiacin solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.3 Soleamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2 SITUACIN ACTUAL

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2.1 La energa solar trmica en el mundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.2 Situacin en Europa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.3 Situacin en Espaa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3 TECNOLOGAS Y APLICACIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.1 Cmo se aprovecha la energa solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.2 Funcionamiento de una instalacin solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.3 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 3.6 Aspectos 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

4 VENTAJAS DE LA ENERGA SOLAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634.1 Beneficios ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4.2 Arquitectura bioclimtica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.3 Beneficios socioeconmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

5 EJEMPLOS DE INSTALACIONES

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6 EL FUTURO DE LA ENERGA SOLAR TRMICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1056.1 6.2 6.3 6.4 Plan de Energas Renovables en Espaa 2005-2010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Cdigo Tcnico de la Edificacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Ordenanzas municipales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Ventajas fiscales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

7 SABER MS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1157.1 Origen de la arquitectura bioclimtica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 7.2 Breves apuntes histricos sobre la energa solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 7.3 Curiosidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

ANEXOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123I. Legislacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 II. Direcciones de inters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 III. Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

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IntroduccinEl Plan de Energas Renovables 2005-2010, aprobado en agosto de 2005 en Consejo de Ministros, tiene como objetivo bsico que en el 2010 el 12% de la energa primaria consumida en Espaa provenga de energas renovables. Para cubrir este objetivo, en el caso de las solar trmica a baja temperatura (objeto de esta gua) 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 innovadoras, a desarrollar en los prximos aos de acuerdo con lo previsto en el Plan. Entre estas medidas destacan la reciente aprobacin del Cdigo Tcnico de la Edificacin, la continuidad de 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 de las lneas de fabricacin. El desarrollo de la energa solar en Europa pasa por el apoyo institucional para las nuevas aplicaciones. 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 futuro en Espaa, por lo que se estn empezando a realizar proyectos demostrativos que permitan 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 travs de las aplicaciones 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 difciles de conjugar en numerosas ocasiones, pero que sern la clave para conseguir ganar la batalla de la integracin arquitectnica de la energa solar trmica. Este manual nace como consecuencia de la necesidad de clarificar aspectos bsicos sobre la energa solar trmica, profundizar en algunos temas para el que ya ha estudiado superficialmente esta energa y, en general, para todo el mundo interesado en la diversificacin de la energa a travs de esta tecnologa. Por ello, este manual describe los aspectos tcnicos, econmicos y administrativos de la energa solar trmica con un lenguaje claro y sencillo, con el objetivo de satisfacer al mayor nmero posible de ciudadanos. Adems, se analiza el panorama nacional e internacional de la energa solar trmica, incluyendo informacin sobre legislacin, contactos de inters y casos concretos de instalaciones de produccin de agua caliente sanitaria y climatizacin de piscinas en viviendas y edificios pblicos, y que actualmente estn en funcionamiento en Espaa.

1El Sol, fuente inagotable de energa

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1El Sol, fuente inagotable de energa1.1 El Sol y la TierraDesde que en 1957 la por entonces Unin Sovitica lanzase el Sputnik I hemos tenido la oportunidad de contemplar en miles de ocasiones la Tierra desde el espacio. Pese a que las imgenes que llegan por satlite nos dan la sensacin de que nuestro planeta es un globo autnomo de luz y color que flota en un espacio oscuro, nada ms lejos de la realidad. Lo cierto es que no es posible entender la vida en nuestro planeta sin la influencia del exterior. La Tierra es slo un mundo pequeo en la rbita de una estrella que, aunque es de lo ms corriente en la inmensidad del universo, resulta fundamental para nuestra existencia. Y es que casi toda la energa de que disponemos proviene del Sol. l es la causa de las corrientes de aire, de la evaporacin de las aguas superficiales, de la formacin de nubes, de las lluvias y, por consiguiente, el origen de otras formas de energa renovable, como el viento, las olas o la biomasa. Su calor y su luz son la base de numerosas reacciones qumicas indispensables para el desarrollo de las plantas, de

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los animales y, en definitiva, para que pueda haber vida sobre la Tierra. El Sol es, por tanto, la principal fuente de energa para todos los procesos que tienen lugar en nuestro planeta. Localizado a una distancia media de 150 millones de kilmetros, tiene un radio de 109 veces el de la Tierra y est formado por gas a muy alta temperatura. En su ncleo se producen continuamente reacciones atmicas de fusin nuclear que convierten el hidrgeno en helio. Este proceso libera gran cantidad de energa que sale hasta la superficie visible del Sol (fotosfera), y escapa en forma de rayos solares al espacio exterior. Se calcula que en el interior del Sol se queman cada segundo unos 700 millones de toneladas de hidrgeno, de las que 4,3 millones se transforman en energa. Una parte importante de esta energa se emite a travs de los rayos solares al resto de planetas, lunas, asteroides y cometas que componen nuestro sistema solar. Ms concretamente, hasta la Tierra llega una cantidad de energa solar equivalente a 1,7x1014 kW, lo que representa la potencia correspondiente a 170 millones de reactores nucleares de 1.000 MW de potencia elctrica unitaria, o lo que es lo mismo, 10.000 veces el consumo energtico mundial. Si tenemos en cuenta que las previsiones actuales apuntan a que, en los prximos 6.000 millones de aos, el Sol tan solo consumir el diez por ciento del hidrgeno que contiene en su interior, podemos asegurar que disponemos de una fuente de energa gratuita, asequible a todos (cualquier pas puede disponer de ella) y respetuosa con el medio ambiente, por un periodo de tiempo prcticamente ilimitado.

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

El Sol, fuente inagotable de energa 13

1.2 La radiacin solarCualquier persona que quiera aprovechar la energa solar debe ser capaz, en primer lugar, de responder a la pregunta de qu cantidad de energa llegar al lugar donde prev realizar la captacin; o sea, qu irradiancia solar recibir por unidad de superficie. Para ello, habr que empezar por saber qu es y cmo se comporta la radiacin solar, as como cunta energa es posible captar en funcin de la regin del mundo 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 de un lugar a otro. En el caso del Sol, los rayos solares se propagan a travs del espacio en forma de ondas electromagnticas de energa. Este fenmeno fsico, ms conocido como radiacin solar, es el responsable de que nuestro planeta reciba un aporte energtico continuo de aproximadamente 1.367 W/m2. Un valor que recibe el nombre de constante solar y que, al cabo de un ao, equivaldra a 20 veces la energa almacenada en todas las reservas de combustibles fsiles del mundo (petrleo, carbn). Sin embargo, no toda la radiacin que llega hasta la Tierra sobrepasa las capas altas de la atmsfera. Debido a los procesos que sufren los rayos solares cuando entran en contacto con los diferentes gases que componen la atmsfera, una tercera parte de la energa solar interceptada por la Tierra vuelve al espacio exterior, mientras que las dos terceras partes restantes penetran 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

En el interior del Sol se queman cada segundo unos 700 millones de toneladas de hidrgeno. (Imagen cedida por la ESA)

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de proteccin que, entre otras cosas, permite que no se produzcan cambios de temperatura demasiado extremos en la superficie terrestre, as como que exista agua lquida desde hace miles de millones de aos. A la prdida de aporte energtico que se produce 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 toEquinoccio de primavera 21 de Marzo das las superficies reciben la misma cantidad de energa. As, mientras los polos son los que menor radiacin reciben, los trpicos son los que estn expuestos a una mayor radiacin de los rayos solares. Esto tiene su explicacin en el grado de inclinacin de nuestro planeta con respecto al Sol (23,5). La = - 23,450 intensidad de radiacin no ser igual cuando los rayos solares estn perpendiculares a la superficie irradiada que cuando el ngulo de incidencia sea ms oblicuo, tal y como ocurre en los polos. = + 23,450

Solsticio de verano 21 de Junio

Solsticio de invierno 21 de Diciembre

Equinoccio de otoo 21 de Septiembre

La declinacin del Sol, pues, es la razn de que los mayores valores de radiacin no se produzcan en el ecuador sino en latitudes por encima y por debajo de los trpicos de Cncer y Capricornio. En estas zonas es donde los rayos solares son ms perpendiculares y atraviesan una capa atmosfrica ms fina hasta llegar a su destino.

Orbita terrestre alrededor del Sol. El eje de la Tierra est inclinado en un ngulo de 23,5

Pero para establecer, con exactitud, la cantidad de energa que se puede aprovechar en un sitio 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 disminuir considerablemente la intensidad de la radiacin y por lo tanto el aporte energtico que


pueda recibir una instalacin de energa solar trmica. Aunque la relacin entre las variaciones en la nubosidad y la radiacin solar es compleja, probablemente este factor es el ms importante 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, la energa solar constituya un aporte energtico desdeable. La suma de la radiacin solar directa y la radiacin difusa en ciudades como Berln, Hamburgo o Zurich alcanzan valores medios de 1.000 KWh/m2 lo que equivale, para hacernos una idea, a entre 110 y 115 litros de gasolina por m2 y ao. Por radiacin solar directa entendemos aquella que llega a la superficie sin haber 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 mapa solar de una regin determinada del planeta y establecer qu cantidad de energa media podremos captar para 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 europeos con mayor capacidad para recoger la energa del Sol: una situacin geogrfica privilegiada, 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 del planeta (incluso por encima de las zonas ecuatoriales). Adems, Espaa se ve particularmente favorecida con respecto a otros pases de Europa por la gran cantidad de das sin nubes que disfruta 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 de Amrica Central y del Sur.

En el norte de Europa el aporte energtico no es, a pesar de la menor cantidad de horas de sol, nada desdeable

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1.3 SoleamientoSegn la forma de recoger la radiacin solar podremos obtener energa trmica o transformarla en electricidad, dependiendo de la tecnologa utilizada en cada caso. El calor se logra mediante los captadores solares trmicos, mientras que la electricidad, por lo general, se consigue 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 por instalaciones solares trmicas, a la hora de efectuar un estudio de viabilidad habr que considerar, sobre todo, el nmero de horas de sol, ya que los captadores solares obtendrn rendimientos 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 de cielo cubierto. Visto lo visto, Espaa tiene ante s un amplio potencial de desarrollo de energa solar trmica, 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 los datos disponibles, existe un gran contraste entre las comunidades del Cantbrico, que rondan las 1.700 horas de sol al ao, y las mediterrneas, que alcanzan las 2.750 horas de sol anuales. Estas diferencias estn motivadas por la presencia de varias zonas climticas en el interior de la Pennsula Ibrica, lo que explica porqu algunas zonas del norte de Espaa reciben menos horas de sol que incluso regiones del centro de Europa, como Viena, con 1.890 horas de sol al ao.


Las provincias del sur de Andaluca y Canarias son las que concentran mayor nmero de horas de sol anuales, alcanzando las 3.000. Teniendo en cuenta que en la actualidad no se aprovecha ni el 10% de la energa que nos ofrece el Sol, las posibilidades de desarrollo son realmente espectaculares.1170 2047 1270 1881 1350 2289 1100 1710 1450 2734 1150 1744 1140 1647 1100 1830

1150 1640 1280 2047 1450 1380 1410 1480 1180 2576 2372 1420 2444 2703 1540 2215 1771 2681 1370 1470 1580 1470 2477 2730 1490 2724 2538 2510 1540 1530 2462 1500 1530 2616 1410 1530 2488 2329 2583 2749 1560 2723 1550 2756 1520 1600 1480 1680 2803 2854 2705 2698 1550 2630 1610 1630 1600 2784 2769 2940 1700 2975 1690 1610 1800 2858 2795 2780 1780 1520 2818 1670 2862 1710 2831 3052 1700 1670 3023 2773

1940 2897

1780 2175

Mapa solar en Espaa. La cifra superior representa la energa en KWh que incide por m2. En la inferior el nmero de horas de sol al ao

2Situacin actual

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2Situacin actual2.1 La energa solar trmica en el mundoLa contribucin de la solar trmica al consumo energtico mundial sigue siendo muy escasa todava, pese a que empiezan a percibirse ciertos sntomas de cambio que permiten ser ms optimistas de cara al futuro. Al creciente inters de los ciudadanos por este tipo de soluciones hay que sumar las ayudas e incentivos que se han puesto en marcha en muchos pases del mundo y la reduccin de precios de los captadores solares en algunos mercados especialmente activos como China o Japn. Una situacin que pone de manifiesto que estamos ante una tecnologa madura que ha experimentado un significativo 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 una potencia instalada de 98,4 GW trmicos a finales de 2004 (Datos del Solar Heat Worldwide 2004, considerando 41 pases que representan el 57% de la poblacin mundial y el 85-90% del mercado mundial de solar trmica), la solar

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Energa Solar Trmica

trmica ha alcanzado unos niveles de popularidad impensables hace tan solo unos aos. Y no exclusivamente por lo que a la produccin de agua caliente se refiere, sino tambin en cuanto a la calefaccin de viviendas. A da de hoy la mayor parte de los captadores solares instalados en el mundo tienen como finalidad la produccin de agua caliente para uso domstico. A esta aplicacin se destinan los esfuerzos de la mayora de los mercados nacionales importantes, aunque el tipo y el tamao de las instalaciones, as como el porcentaje total de la demanda que cubre, vara en funcin de la zona del mundo a la que hagamos referencia. El aporte de energa solar en sistemas de calefaccin es el segundo en importancia; una aplicacin 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 colectivas. 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. Finalmente entre las aplicaciones de la energa solar trmica en el mundo cabe tambin destacar la climatizacin del agua para piscinas. Esta aplicacin sigue teniendo gran importancia en pases como Estados Unidos, Canad, Australia y Austria, aunque en los ltimos aos ha perdido parte de su mercado, despus de un periodo en el que se han registrado fuertes crecimientos. Por lo que respecta al reparto de la energa solar trmica por pases, el mercado mundial continua 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 aceptacin 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 tamao como Shangai o Tianjin. Hoy, 10 millones de familias disponen de agua caliente gracias

Situacin actual 23

al Sol, lo que supone un ahorro de 6,3 millones de toneladas de carbn al ao, que evita la emisin de ms de 13 millones de toneladas de CO2. A China le siguen Japn, Turqua, Alemania e Israel con altos ndices de crecimiento en los ltimos 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 solares trmicos, 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 incorporado a la Unin Europea es el que ms cantidad de energa solar trmica aporta por habitante en el 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 solares trmicos, lo que representa ms del doble de la capacidad instalada por habitante en otros pases europeos con gran tradicin solar, como Grecia o Austria.

Europa representa tan solo el 9% del mercado mundial de energa solar trmica

2.2 Situacin en EuropaEuropa representa tan solo el 9% del mercado mundial de energa solar trmica con una potencia instalada de 10.000 MWth (MW trmico) a finales de 2004, o lo que es lo mismo, un total de 14 millones de m2 de captadores solares en funcionamiento. El impulso que ha recibido 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 pretenden conseguir 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 decisivos para el despegue definitivo de la tecnologa solar trmica en Europa. Algo que no habra

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Energa Solar Trmica

sido posible sin el empuje solar de pases como Alemania, Grecia, Austria y Espaa que, en conjunto, representan el 78% de la capacidad instalada en Europa (Datos del Informe de la Federacin de la Industria Solar Trmica Europea de Junio de 2005). El uso de los captadores solares para producir agua caliente, al igual que ocurre en el resto del mundo, es la aplicacin preferida por los europeos, seguida de la calefaccin y de forma muy poco significativa la climatizacin de piscinas, que slo tiene cierta importancia en Austria o Alemania. En pases del norte de Europa tambin destaca el uso de colectores de aire para calentar el espacio, en especial en Suiza, con un total de 581 MWth producidos con esta tecnologa, Noruega con 287 MWth instalados, y a ms distancia Finlandia. Precisamente, la investigacin de nuevas tecnologas de origen renovable es una de las seas de identidad del mercado europeo. Los pases de la Unin Europea son los que estn conduciendo el desarrollo de la industria solar trmica en la mayora de las reas tecnolgicas. Sin embargo, 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 mercados 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 respetuosas con el entorno, la mayora de pases europeos conceden ayudas pblicas a empresas y particulares. El objetivo de stas es aumentar significativamente el parque solar a travs de incentivos econmicos que hagan ms atractiva la energa solar trmica al usuario. El tipo de apoyo 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 en sumarse a esta forma de potenciar la energa solar trmica es Francia, donde se ha puesto en marcha el Plan Soleil, que permite deducir de la declaracin de la renta ms del 40% de los costes de instalacin. Una iniciativa que ya empieza a dar sus frutos y que ha generado grandes expectativas a corto y medio plazo.

La investigacin de nuevas tecnologas de origen renovable es una de las seas de identidad del mercado europeo

Situacin actual 25

Por su parte, Alemania contina con el programa Marktanreiz que tan buenos resultados le ha dado desde principios de los aos 90 y que le ha llevado a colocarse como lder indiscutible en Europa, con 4.000 MW trmicos instalados y una superficie de 5,7 millones de metros cuadrados. El 80% del mercado domstico en este pas corresponde a instalaciones-tipo para agua caliente sanitaria (ACS) en viviendas familiares, aunque tambin se estn empezando a potenciar 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 cuatro habitantes. Despus de varias dcadas en las que el gobierno ha apoyado con decisin la instalacin de paneles solares mediante incentivos fiscales y a travs de campaas de publicidad en medios de comunicacin, actualmente se han suspendido todos los privilegios con los que contaba esta tecnologa en el pasado. Sin embargo, esta medida no ha repercutido en la demanda que, en 2004, aument un 34% respecto al ao anterior. Esto pone de manifiesto el grado de satisfaccin de los helenos con la energa solar trmica y su confianza en esta tecnologa para producir agua caliente.

2.3 Situacin en EspaaEspaa es el cuarto pas europeo en el aprovechamiento de la energa solar trmica, por delante de 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 desigual a lo largo de las ltimas dcadas. A finales de la dcada de los 70 y principios de los 80 se empezaron a dar los primeros pasos en el desarrollo de esta energa. Durante los primeros

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Energa Solar Trmica

aos, coincidiendo con la crisis energtica que se encontraba en su mayor intensidad entonces, se crearon unas expectativas sobre la utilizacin de la energa solar quizs demasiado sobredimensionadas para las posibilidades reales de aquellos momentos. Al abrigo de las buenas perspectivas del mercado surgieron un gran nmero de empresas, tanto de fabricacin de captadores solares como de instaladores, que no en todos los casos contaban con las suficientes garantas tcnicas de calidad y fiabilidad de los equipos para ofrecer este tipo de servicios. Esto provoc que algunas instalaciones no dieran los resultados previstos y, lo que es peor, la sensacin de que la energa solar trmica ofreca baja durabilidad, mal rendimiento y problemas 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 actividades a aquellos que no estaban lo suficientemente preparados para dar servicios de calidad en este mercado. Posteriormente, en el periodo que va desde 1985 a 1995, los precios energticos sufrieron un fuerte descenso y la sensacin de crisis energtica desapareci. Las entidades relacionadas con las instalaciones solares que continuaban en el mercado se afianzaron y la demanda se estabiliz a un nivel de aproximadamente 10.000 m2 por ao. Durante este periodo se produjeron avances significativos en los aspectos de calidad y garantas ofrecidos tanto por los instaladores como por los fabricantes de equipos. Tambin se mejor notablemente el mantenimiento de las instalaciones. Cabe mencionar la aparicin de nuevos conceptos, como la "garanta de resultados solares", por el que al usuario se le aseguraba la produccin de una cantidad de energa con un sistema solar que, de no alcanzarse, se compensaba pagndole la diferencia entre la energa garantizada y la energa realmente producida por su instalacin. Otra novedad fue la introducida en el Programa Prosol de la Junta de Andaluca, consistente en el "pago a plazos" de la inversin. Hoy en da este tipo de facilidades en la

Situacin actual 27

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. En esta ltima dcada, la aportacin de energa solar trmica ha aumentado considerablemente en nuestro pas, sobre todo, gracias a las ayudas pblicas (lnea ICO-IDAE, CC.AA., y ordenanzas municipales), a la madurez del mercado en todos los sentidos, y a las grandes posibilidades que ofrece esta tecnologa en un pas con tantas horas de sol al ao como Espaa. De los 10.000 m2 nuevos que se instalaban cada ao en la dcada de los 90, hemos pasado a crecimientos medios por encima de los 60.000 m2 en los primeros aos de 2000, hasta llegar a los 90.000 en el ao 2005.Evolucin del mercado espaol 1990-20055000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 01990 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2010Datos provisionales. Fuente: IDAE

4.900Plan de Energas Renovables 2005 - 2010

261,8 341,3 362,6 403,1

795,5 610,4 700,4 455,1 522,6

Con todo, nuestro pas an se encuentra lejos de los objetivos nacionales fijados en el Plan de Energas Renovables (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 Tcnico de la Edificacin, que obliga a instalar un aporte de energa solar para agua caliente en todas las viviendas de nueva construccin, junto a las medidas ya puestas en marcha con anterioridad, darn un impulso 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 solicita la instalacin de captadores solares de baja temperatura para el consumo de agua caliente sanitaria. En segundo lugar se encuentran los hoteles y restaurantes, en los que existe un creciente 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 superficie instalada en Espaa, en general, se puede decir que existen buenos ejemplos en mltiples sectores y para todo tipo de aplicaciones posibles, pudiendo mencionar las instalaciones en centros educativos, centros deportivos, centros sanitarios, albergues, campings, servicios pblicos, industrias, etc. Distribucin de la superficie de energa solar trmica en Espaa por captadores instalados a finales de 200513.573 m2 1.596 m2 7.994 m2

247 m2 14.184 m2

11.006 m2 108.699 m2 7.535 m2 56.258 m2 70.255 m2 81.532 m2

47.734 m2

3.626 m2

11.999 m2

236.892 m2

24.290 m2

TOTAL 98.049 m2 65 m2 36 m2

En cuanto al reparto del mercado por zonas geogrficas, las comunidades autnomas con mayor superficie instalada son aquellas que cuentan con un clima ms favorable para el aprovechamiento de la energa solar trmica. En este sentido destacan por sus cuotas de participacin en el mercado Andaluca, Catalua, Canarias, Baleares, la Comunidad Valenciana y Madrid, segn orden de importancia. Tambin se observa una mayor concentracin de instalaciones solares en zonas tursticas o de alto nivel de renta.

795.571 m2Datos provisionales. Fuente: IDAE

3Tecnologas y aplicaciones

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3Tecnologas y aplicaciones3.1 Cmo se aprovecha la energa solarLa energa solar trmica aprovecha la radiacin 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 energa renovable. La conversin de la energa luminosa del Sol en energa calorfica se produce directamente de forma cotidiana, sin que sea necesaria la intervencin del hombre en este proceso. Todos hemos realizado, en alguna ocasin, el experimento de quemar un papel con la ayuda de una lupa. La lupa concentra los rayos solares en un punto determinado de su superficie (foco). Esta concentracin de rayos (y por tanto de energa) produce un rpido aumento de la temperatura del papel, provocando su combustin. Este ejemplo tan sencillo de llevar a la prctica, a la vez que tan vistoso por sus resultados, nos permite comprobar cmo la radiacin solar se transforma en energa calorfica

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Energa Solar Trmica

En das soleados bastar con que los rayos solares incidan directamente sobre nuestro sistema de captacin

de manera inmediata. Pero, en realidad, ni siquiera ser necesario concentrar los rayos solares para conseguir la conversin trmica perseguida. Cualquier materia experimenta un aumento 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 blanca 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 captadores solares se valdrn de superficies de color oscuro para absorber la mayor cantidad de radiacin solar posible. As, en das soleados, bastar con que los rayos solares incidan directamente sobre nuestro sistema de captacin para obtener el aporte energtico que necesitamos para su uso en muy diversas aplicaciones. Eso s, 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 sus ventajas medioambientales y su grado de autonoma. Con el objetivo de evitar fugas de energa, los sistemas de captacin solar imitan los procesos naturales que tienen lugar en la Tierra, donde la radiacin solar atraviesa con facilidad nuestra atmsfera 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 radiacin 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 el cultivo 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

Tecnologas y aplicaciones 33

las radiaciones de onda larga. Cuando los rayos solares atraviesan una superficie acristalada se produce un aumento de temperatura en el interior del habitculo. Entonces, el cristal actuar como 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 negro 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 sistema de almacenamiento, que abastece el consumo cuando sea necesario. Este mecanismo tan sencillo al mismo tiempo que eficaz, resulta muy til en mltiples aplicaciones, tanto en el mbito domstico como en el industrial. Baste con sealar algunas de ellas como el agua caliente para uso domstico, el aporte de energa para instalaciones de calefaccin, el calentamiento de agua para piscinas, o el precalentamiento de fluidos en distintos procesos 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 capacidad de poder almacenarla durante el tiempo suficiente para disponer de ella cuando haga falta, es lo que hace que esta tecnologa sea tan ampliamente aceptada en muchas partes del mundo. 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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Energa Solar Trmica

El procedimiento actual que se lleva a cabo en cualquier instalacin solar consiste en absorber la energa trmica contenida en los rayos solares. Una vez que el fluido que circula en el interior del captador se calienta, hay que evitar su enfriamiento a travs de un aislamiento trmico lo ms eficaz posible. Por ejemplo, si el fluido de trabajo es el aire, se le puede hacer circular entre piedras que se calientan y son capaces de devolver este calor al aire fro. Tambin se puede, 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 pensar en acumular cantidades importantes de energa durante largos periodos de tiempo (almacenamiento estacional). No obstante, los depsitos de almacenamiento terminan por perder la energa trmica conseguida a lo largo del tiempo, por lo que el funcionamiento de nuestra instalacin tambin estar condicionado por la cantidad de radiacin solar que llega hasta el captador y por la demanda de energa de cada momento. Generalmente se dimensiona para que la Esquema bsico de una instalacin solar de baja temperatura con acumulacin solar sea la demandada por los usuaaplicacin de agua caliente sanitaria rios en un da.Consumo Radiacin solar Acumulador Intercambiador Agua fra red

Colector

Circuito primario

Circuito secundario

Para evitar posibles restricciones energticas en aquellos periodos en los que no hay suficiente radiacin y/o el consumo es superior a lo previsto, casi la totalidad de los sistemas de energa solar trmica cuentan con un aporte de energa extraordinario. En estas ocasiones, entrar automticamente en funcionamiento un sistema de calentamiento auxiliar que permite compensar el dficit existente. Este sistema de apoyo utilizar los medios energticos convencionales, como el gas, la electricidad o el gasleo.


En la actualidad, una instalacin de energa solar cubre del 50 al 80% del total de la demanda de agua caliente sanitaria de una vivienda, aunque en zonas de gran soleamiento a lo largo del ao (por ejemplo el sur de Espaa), el porcentaje de aporte puede ser superior. El resto se suple con un sistema de apoyo energtico. La razn por la que las instalaciones solares no se disean para cubrir el 100% del consumo es porque, de hacerse as, sera necesario instalar costosos sistemas de acumulacin de energa a largo plazo que haran econmicamente inviable este tipo de equipos. Mantenimiento Una instalacin solar bien diseada y correctamente instalada no tiene porqu ocasionar problemas al usuario. De hecho, el grado de satisfaccin entre los usuarios actuales es muy elevado, tal y como ha quedado reflejado en mltiples ocasiones. El hecho de introducir este apartado obedece ms bien a que en una instalacin solar es conveniente realizar unas ciertas labores de mantenimiento, de un alcance parecido a las correspondientes a cualquier otro tipo de sistemas de calefaccin o de agua caliente sanitaria. Este factor conviene tenerlo presente a la hora de valorar la posibilidad de adquirir una instalacin solar. Como ocurre con cualquier otra tecnologa, la situacin y conservacin del equipo depender del uso que se haga de l. Con un breve seguimiento rutinario ser suficiente para poder garantizar el correcto funcionamiento del sistema durante toda su vida til. Las revisiones a cargo del propietario consistirn en observar los parmetros funcionales principales, para verificar que no se ha producido ninguna anomala con el paso del tiempo. Por su parte, la empresa instaladora tendr la responsabilidad de intervenir cuando se produzca alguna situacin anormal y efectuar un mantenimiento preventivo mnimo peridicamente. Este mantenimiento implicar la revisin anual de aquellas instalaciones con una superficie

Una instalacin solar bien diseada y correctamente instalada no tiene porqu ocasionar problemas al usuario

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Energa Solar Trmica

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 sistema 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 funcionamiento 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 realizarse por personal tcnico especializado que conozca la tecnologa solar trmica. Con la instalacin tambin se facilitar un libro de mantenimiento 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 solares Se han diseado distintas y avanzadas versiones de captadores solares trmicos con el objetivo de incrementar la cantidad de energa absorbida y disminuir las prdidas. Aunque los ms comunes son los captadores planos, que utilizan como fluido el agua, en la actualidad tambin se comercializan otros tipos de captadores que cuentan con gran aceptacin en el mercado. Entre ellos cabe destacar el captador solar de vaco, que consigue temperaturas ms elevadas de funcionamiento, y los captadores solares de aire, que se utilizan fundamentalmente en los climas fros para calentar el espacio. A continuacin se detallan algunas de las caractersticas de los captadores solares ms empleados


hoy en da para aprovechar la energa trmica de baja temperatura; o sea, la que se utiliza convencionalmente para uso domstico y que trabaja con temperaturas que no sobrepasan los 100 C de temperatura.

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 conjuga el efecto de cuerpo negro con el efecto invernadero. Gracias a este sistema de captacin se consigue absorber la mayor parte de la radiacin solar que llega hasta la superficie y devolver la menos posible. Los captadores planos, destinados por lo general a la produccin de agua caliente sanitaria, estn recubiertos de una caja hermticamente cerrada. En la cara superior de esta caja se coloca una superficie acristalada que deja atravesar la radiacin solar e impide que se pierda la ganancia trmica obtenida. Generalmente la carcasa que envuelve al equipo de captacin es metlica, 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 se realiza la captacin de la radiacin solar propiamente dicha. Fabricada con materiales que conducen bien el calor (aluminio, cobre, planchas metlicas), esta placa tiene un funcionamiento parecido al de un radiador: con una disposicin de tubos que cuentan con una toma por donde entra el fluido a calentar y otra de salida.

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Energa Solar Trmica

Pese a que existe un gran nmero de diferentes configuraciones de tubos internos, los tradicionales 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 placa 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 porqu ser un elemento crtico del captador siempre que est bien sellado con cualquiera de las tcnicas de soldadura disponibles en estos momentos en el mercado.Juntas Estancas Cubierta Protectora Placa Absorbedora Lmina Reflectante Aislamiento Trmico

Imgenes de un captador de tubos paralelo (izquierda) y un captador de serpentn (derecha)

Carcasa

Las dimensiones de los captadores solares son muy diversas y van desde los 0,5 m2 los ms pequeos, hasta los 8 m2 los 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 de energa se podr obtener en cada momento, puesto que este tipo de captadores de baja temperatura 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.

Grfico: curv a de rendimiento de un captador solar Tecnologas y aplicaciones y frmulas de medicin del rendimiento. 39

En lneas generales, la eficiencia de los captadores solares vendr definida por su curva de rendimiento, que permite saber cul es la cantidad de energa que podremos aprovechar en cada situacin (tal y como se puede apreciar en la figura). Al respecto, existe una normativa oficial para la homologacin de estos equipos en la que se evala la curva caracterstica de los diferentes modelos. Esta valoracin se realiza sobre captadores nuevos, y de forma puntual, no siendo representativa del comportamiento del captador a lo largo de su vida til, ya que su eficacia podr evolucionar de diferente manera con el paso del tiempo, en funcin de su mantenimiento, etc.

1

0,8

0,6

r0,4

0,57

0,2

0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

tCurva de rendimiento de un captador solar (arriba) y frmulas de medicin del rendimiento (izquierda)

r = a - bxTdonde: r = rendimiento o eficiencia del captador. Un mayor valor de r supone un captador de mejores prestaciones. a = parmetro caracterstico del captador (eficiencia ptica) (punto de corte con el eje Y). Valores mayores suponen una mayor ganancia solar del captador. b = parmetro caracterstico del captador (prdidas por radiacin y convenccin) (pendiente de la recta). Valores menores suponen menores prdidas de la energa captada. T = parmetro variable que representa las condiciones ambientales y de trabajo del captador. Se define como proporcional a la diferencia entre la temperatura de entrada del fluido y la temperatura ambiente, dividido entre la irradiancia.

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Similares a los captadores planos, los captadores solares de vaco pueden llegar a ser ms eficientes en unos determinados rangos de temperatura, aunque tambin ms costosos. Estos captadores consiguen sacar el mximo provecho a las instalaciones trmicas, que trabajan a temperaturas por encima de los 60 C. Los captadores de vaco estn consiguiendo gran popularidad en climas fros y en el sureste asitico; sobre todo en China, uno de los pases con ms tradicin en la generacin de vatios trmicos de energa solar. La principal diferencia respecto a los planos reside en los conductos que absorben la energa del Sol. stos estn recubiertos de un tubo al vaco que deja pasar la radiacin solar, a la vez que evita las prdidas 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 es cul de ellos se adapta mejor a nuestras circunstancias y para qu aplicacin lo vamos a utilizar. En general, para las condiciones medias de Espaa y para la produccin de agua caliente sanitaria, los captadores planos son suficientes para dar servicio en unas condiciones ptimas para un aporte del 50-80%. Sistema de distribucin El sistema de distribucin es el que se encarga de transportar el fluido caliente contenido en los captadores solares hasta el punto de consumo. Existen diferentes circuitos de distribucin, dependiendo de las necesidades que pretendamos satisfacer o las condiciones climticas del lugar donde vamos a realizar la captacin. En Espaa, los ms utilizados para viviendas son los sistemas de distribucin de circuito cerrado, ya sean con termosifn o circulacin forzada. Es decir, aquellos que cuentan con un sistema


de doble circuito en el que el fluido que transita por el captador es diferente al que corre a travs del tanque de almacenamiento. Pero sepamos algo ms sobre los diferentes sistemas de circulacin disponibles en el mercado que tienen como principal cometido impedir que se pierda la energa trmica obtenida en los captadores solares: Instalaciones de circuito abierto. Estos sistemas transfieren directamente el agua caliente producida en el captador solar hacia el depsito de acumulacin. El funcionamiento 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 depsito de almacenamiento, ste se vaca con una cantidad equivalente de agua ms fra que se dirige al captador.

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

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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 heladas 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 captacin habr que utilizar ciertos aditivos o dispositivos electrnicos. Por su parte, ante las heladas estacionales ser necesario vaciar el circuito durante la poca ms fra del ao, ya que 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 empleadas en lugares donde no se dan heladas a lo largo del ao (zonas costeras de pases

Esquemas de una instalacin de circulacin natural (izquierda) y circulacin forzada (derecha)


clidos), o bien en aplicaciones temporales (establecimientos de hostelera de temporada, piscinas descubiertas). Instalaciones de circuito cerrado. En este caso existen dos circuitos: el circuito primario del sistema captador y el circuito secundario donde se encuentra el sistema de almacenamiento. 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 circuito 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 zonas donde las temperaturas bajen de cero grados. Circulacin forzada de agua. Los sistemas de circulacin forzada estn basados en una bomba de impulsin movida por un aporte exterior de energa elctrica; un gasto que deberemos tener en cuenta a la hora de optar por este tipo de mecanismos. La bomba de circulacin colocada en el sistema de captacin tiene como principal funcin transferir 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 calor cuando el agua de los captadores no circule ms caliente que la que se encuentra en el depsito. Este sistema es muy comn en climas fros, donde cualquier prdida de caloras puede restar eficacia a la instalacin solar. Este tipo de circulacin se utiliza para 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 para instalaciones solares pequeas.

Si se quiere aprovechar al mximo la energa del Sol es necesario almacenarla para utilizarla cuando se precise

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Almacenamiento Sin duda, la energa que se recibe del Sol no siempre coincide con las pocas de mayor consumo. Por ese motivo, si se quiere aprovechar al mximo la energa que nos concede el Sol, ser necesario acumular la energa en aquellos momentos del da que ms radiacin existe, para utilizarla 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 materiales 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 estratificacin por 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, mayor ser tambin la diferencia de temperatura entre la parte superior e inferior del tanque de almacenamiento. Del mismo modo, tambin ser importante tener en cuenta la capacidad de acumulacin del depsito 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 funcionamiento. Por eso existe una proporcin adecuada entre los metros cuadrados de la superficie de 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 m2 en 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 importancia porque uno de los problemas ms importantes de las instalaciones solares es la calidad del agua, que puede producir corrosiones en el tanque de almacenamiento. En general no es aconsejable efectuar una instalacin solar con dos materiales de distinta naturaleza, ya que se favorece la creacin de pares galvnicos. La corrosin puede prevenirse tambin mediante sistemas electrnicos especificados en las caractersticas de diseo, o insertando el denominado nodo de sacrificio que debe ser cambiado peridicamente. Los depsitos acumuladores, con el fin de disminuir las prdidas, estn recubiertos de un material aislante, pudiendo adems recubrirse con una funda para incrementar su durabilidad. Sistema de apoyo convencional El sistema de energa auxiliar es un elemento imprescindible en toda instalacin solar si no se quieren sufrir restricciones energticas en aquellos periodos en los que no hay suficiente radiacin y/o el consumo es superior a lo previsto. Para prevenir estas situaciones, casi la totalidad de los sistemas de energa solar trmica cuentan con un apoyo basado en energas "convencionales". La fuente de apoyo es muy variable, aunque en general es recomendable que se encuentre vinculada a un sistema de control. Algunos sistemas de apoyo son: Elctricos, sobre todo para equipos pequeos, en los que la energa se suministra dentro del acumulador mediante una resistencia. Calderas de Gas o Gasleo. Este tipo de apoyos, segn el diseo de la instalacin, pueden provenir de las instalaciones preexistentes (adecuadamente modificadas) o bien realizarse de modo

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simultneo a la instalacin solar. En todo caso, y dependiendo de las demandas a satisfacer (puntuales, prolongadas, estacionales...) es posible emplear sistemas de calentamiento instantneo o sistemas provistos de acumulador independiente u otros 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 funcionamiento del sistema de energa de apoyo. El sistema de control estar basado en un conjunto de sondas y/o vlvulas automticas, que en funcin de la temperatura del acumulador solar, de la temperatura del acumulador auxiliar si lo hubiera, y de la temperatura de uso activarn el sistema auxiliar o no y en diferente grado en el caso de los sistemas modulantes.

3.4 Usos y aplicacionesLa energa solar trmica es una alternativa muy interesante en una gran variedad de aplicaciones, 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, hay que aadir otros que empiezan a tener grandes expectativas de desarrollo a corto y medio plazo, como es el caso de la refrigeracin de ambientes por medio de procedimientos solares. Produccin de agua caliente sanitaria El agua caliente sanitaria es, despus de la calefaccin, el segundo consumidor de energa de nuestros hogares: con un 20% del consumo energtico total (Datos de la Gua prctica de la energa. Consumo eficiente y responsable publicada por IDAE). La cantidad de energa que dedicamos


a satisfacer estas necesidades es lo suficientemente importante como 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 energa solar trmica ofrece una solucin idnea para la produccin de agua caliente sanitaria, al ser una alternativa completamente madura y rentable. Entre las razones que hacen que esta tecnologa sea muy apropiada para este tipo de usos, cabe destacar los niveles de temperaturas que se precisan alcanzar (normalmente entre 40 y 45 C), que coinciden con los ms adecuados para el buen funcionamiento de los sistemas solares estndar que se comercializan en el mercado. Adems, hacemos referencia a una aplicacin que debe satisfacer 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 utilidad durante los meses fros. Con los sistemas de energa solar trmica hoy en da podemos cubrir el 100% de la demanda de agua caliente durante el verano y del 50 al 80% del total a lo largo del ao; un porcentaje que puede 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 vivienda familiar tendr que instalar una superficie de captacin de 2-4 m2 y un depsito de 100-300 litros, en funcin del nmero de personas que habiten en la vivienda y la zona climtica espaola en la que se encuentre. El grado de desarrollo y comercializacin de estos sistemas de produccin de agua caliente es tal que 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 tambin a edificios vecinales, bloques de apartamentos, hoteles, superficies comerciales y oficinas.

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Sistemas de calefaccin La posibilidad de satisfacer, al menos parcialmente, la necesidad de calefaccin de edificios por medio de la energa solar constituye siempre un potencial atractivo, mxime si tenemos en cuenta el elevado coste que tiene mantener una temperatura agradable en una vivienda durante 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 parte 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 calefaccin 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 funciona 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 instalaciones de calefaccin convencionales abastecen los radiadores de agua con temperaturas entre 70 y 80 C, los captadores de energa solar de placa plana convencionales (sin ningn tipo de tratamiento selectivo en el absorbedor) no suelen trabajar a temperaturas superiores a los 60 C, por lo que slo se utilizan para precalentar el agua. La mejor posibilidad para obtener una buena calefaccin utilizando captadores solares es combinndolos con un sistema de suelo radiante, el cual funciona a una temperatura muy inferior a la de los radiadores (entre 30 y 40 C), exactamente el rango idneo para que los captadores trabajen con un alto rendimiento. Otra opcin cada vez ms utilizada en zonas de climas fros es la de instalar captadores de vaco que, aunque resultan ms costosos, trabajan a temperaturas superiores a los 70 C. Este

La mejor posibilidad para obtener una buena calefaccin utilizando captadores solares es combinndolos con un sistema de suelo radiante


tipo de captadores son los preferidos por chinos, japoneses, norteamericanos o alemanes, al estar especialmente indicados para aplicaciones de apoyo a calefaccin por radiadores convencionales. 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 piscinas La climatizacin del agua para piscinas constituye otra aplicacin interesante de la energa solar, 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 al aire libre. En primer lugar porque, al circular el agua de la piscina directamente por los captadores solares, no es necesario utilizar ningn tipo de intercambiador de calor ni de sistema de acumulacin. 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 cubiertas tambin es otra opcin interesante. Estos sistemas son algo ms complejos que los empleados en piscinas al aire libre, pero al mismo tiempo perfectamente compatibles con otras aplicaciones de aprovechamiento solar. Lo habitual en estos casos es que se empleen captadores de placa plana con un sistema formado por un doble circuito e intercambiadores combinables con la produccin de agua caliente sanitaria y la calefaccin. Las piscinas cubiertas deben contar con una fuente energtica de apoyo, a la vez que ser recomendable planificar su operacin, debido a los largos periodos que se requieren para calentar la totalidad del agua con el sistema solar.

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Refrigeracin en edificios La demanda energtica para 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 acondicionar el ambiente funcionan mediante equipos elctricos, cada vez existen ms opciones en el mercado basadas en energa solar. El aprovechamiento de la energa solar para producir fro es una de las aplicaciones trmicas con 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 refrigeracin convencionales es doblemente atractiva porque permite aprovechar las instalaciones solares 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 la energa solar trmica, como es el caso de Federacin de la Industria Solar Trmica Europea (ESTIF) 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 fro solar. Hoy por hoy existen cerca de 70 sistemas de estas caractersticas en Europa, con un rea total de captacin solar cercana a los 17.000 m2 y de una capacidad de energa que ronda los 12 MW. En nuestro pas existe un pequeo grupo de fabricantes que demuestran cada vez mayor inters por desarrollar este tipo de soluciones, estando trabajando en el desarrollo de captadores adaptados a esta aplicacin, aunque todava queda mucho camino por recorrer. Las medidas puestas en marcha por las principales asociaciones del sector, junto a los avances que se han producido durante los ltimos aos en este campo, permiten ser optimista de cara


al 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 corroborar que la tecnologa solar para producir fro ya est madura desde el punto de vista tecnolgico y ambiental, y lo que es ms importante, tambin desde el punto de vista econmico. De las diversas frmulas de aprovechar el calor solar para acondicionar trmicamente un ambiente, la ms viable en trminos de coste de la inversin y ahorro de energa es la constituida 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 absorber un fluido refrigerante. Como absorbentes se utilizan principalmente el amoniaco o el bromuro 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 utilizados con tecnologa solar radica en la fuente de energa que ambos precisan para operar. En el caso del refrigerador solar por absorcin, la energa elctrica requerida en el sistema de compresin se suplanta por una adicin de calor. Usos en la industria Las posibilidades que ofrece la energa solar trmica son extraordinariamente amplias, apareciendo cada da nuevas aplicaciones para su aprovechamiento. Como no poda ser de otra manera, la energa del Sol tambin reporta importantes beneficios en el mbito de la industria, de modo especial en los procesos que requieren un considerable caudal de calor para secar, cocer, limpiar o tratar ciertos productos.

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Son muchos los ejemplos en los que la industria se vale de calor solar para desempear sus actividades: tintado y lavado de tejidos en la industria textil, procesos de obtencin de pastas qumicas en la industria papelera, baos lquidos de pintura para la limpieza y desengrasado de automviles, limpieza y desinfeccin de botellas e infinidad de envases, secado de productos agrcolas, tratamiento de alimentos, suelo radiante para granjas o invernaderos, y un largo etctera. Entre los sistemas basados en la energa del Sol que ms se utilizan con fines industriales debemos hacer hincapi en los secadores solares y el precalentamiento de fluidos: Secaderos solares. En procesos de secado de semillas, tabaco, etc., as como en procesos de secado de madera, pescado los sistemas solares ofrecen una solucin muy apropiada. Mediante grandes tubos que actan como captadores solares de aire, es posible precalentar y elevar la temperatura 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 aire presentan indudables ventajas, al no ser necesario estar pendientes de posibles fugas o problemas de congelacin. Precalentamiento de fluidos. Es factible la utilizacin de la energa solar (mediante captadores de baja o media temperatura) para el precalentamiento de fluidos, obtenindose importantes ahorros energticos. Los elementos y diseos para esta aplicacin pueden ser los mismos que los utilizados en agua caliente sanitaria. En consecuencia, se trata de sistemas de aprovechamiento de la energa solar muy similares a los que se emplean en la vivienda.


Otras aplicaciones 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 de algunos fabricantes, continuamente aparecen en el mercado nuevas aplicaciones que parecan impensables 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 apropiados 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 subdesarrollados. 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 castigadas por la pobreza en frica, Asia o el sur de Amrica.

Cocina solar

3.5 ASPECTOS TCNICOSAntes de comenzar este apartado resulta ineludible precisar que hay muchas maneras de aprovechar la energa trmica de los rayos solares, y que dependiendo del uso y la tecnologa utilizada, podremos conseguir resultados muy diversos: desde el calentamiento de agua para fines domsticos, pasando por la produccin de calor en procesos industriales, hasta la generacin de 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 los niveles, a lo largo de esta gua nos hemos centrado fundamentalmente en este tipo de instalaciones. Pero no por ello podemos olvidar la existencia de otros sistemas de energa solar

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trmica que han experimentado avances muy significativos durante los ltimos aos y que cuentan con grandes expectativas de cara al futuro. Aunque sera demasiado pretencioso por nuestra parte intentar abordar en tan slo unas pocas pginas 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 basadas en la energa trmica que estn desarrollndose en estos momentos y qu fines persiguen. Tecnologas de baja temperatura La energa solar denominada de baja temperatura es la que acostumbramos a utilizar en el mbito domstico y suele instalarse en azoteas de vivienda o edificios comerciales. El procedimiento en el que se basan estos sistemas de captacin solar es muy simple, pero a la vez de gran utilidad para el hombre por los servicios que ofrece en multitud de aplicaciones. Por aprovechamiento de baja temperatura se entiende todos aquellos sistemas de energa solar 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 captador solar de vaco. Como ya se ha comentado en anteriores ocasiones, entre las utilizaciones ms extendidas basadas 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 temperatura La tecnologa de media temperatura va destinada a aquellas aplicaciones que requieren temperaturas ms elevadas de trabajo. A partir de los 80 C los captadores planos convencionales

La energa solar de baja temperatura es la que acostumbramos a utilizar en el mbito domstico


presentan rendimientos bajos y cuando se pretende generar vapor entre 100 C y 250 C debe acudirse a otro tipo de elementos de captacin. Para llegar a estos niveles de temperatura resulta indispensable utilizar sistemas que concentren 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 trmica se convierte en energa mecnica. En este tipo de instalaciones el fluido que se utiliza, principalmente, es aceite o soluciones salinas porque nos permite trabajar a temperaturas ms elevadas. Adems, estos sistemas de concentracin 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 seguimiento 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 no suele 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 centrales de 30 a 2.000 kW. Tambin existen ejemplos de otras aplicaciones tales como la desalinizacin o la refrigeracin mediante energa solar. En las tecnologas de alta temperatura, la radiacin solar puede servir para la generacin de electricidad a gran escala. Mediante un proceso que convierte el calor en energa mecnica y posteriormente en energa elctrica, se consiguen altas capacidades en la produccin de electricidad. Las instalaciones solares de alta temperatura, tambin conocidas como termoelctricas, se basan en procesos tecnolgicos parecidos a los utilizados en instalaciones de media

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temperatura, pero eso s, con una mayor capacidad para concentrar los rayos del Sol, as como para alcanzar temperaturas ms elevadas. Receptor/ motor Reflector Tubo receptor

Receptor

Reflectores parablicos Heliostatos Receptor Central Tuberas Cilindro-parablicos Discos parablicos

En este tipo de instalaciones se llegan a superar los 2.000 C

En este tipo de centrales se llegan a superar los 2.000 C de temperatura por medio de un gran nmero de espejos enfocados hacia un mismo punto (la cpula de una torre o un tubo de vidrio dispuesto a lo largo del tramo central del espejo concentrador), con el fin de calentar un fluido hasta convertirlo en vapor. Gracias a la elevada presin alcanzada es posible accionar una turbina, que a su vez impulsar un generador elctrico. Las instalaciones que han conseguido un mayor desarrollo con este tipo de tecnologas son las Centrales Torres, formadas por un campo de espejos (helistatos) que realizan un seguimiento del Sol en cualquier direccin para reflejar la radiacin sobre una caldera independiente 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.

Central de torre en la Plataforma Solar de Almera (Centro del CIEMAT).


Construccin de la Central PS10 en Sanlcar la Mayor (Sevilla).

ltimamente, en nuestro pas se han puesto en marcha varios proyectos para la construccin de plantas de estas caractersticas que cuentan con muy buenas expectativas comerciales de cara al futuro.

3.6 Aspectos econmicosDurante los ltimos aos las instalaciones de energa solar trmica no han experimentado una alteracin sustancial de precios, ni es previsible que lo hagan en los prximos aos. Las posibles rebajas en este tipo de instalaciones pueden venir motivadas por las mejoras en el proceso de fabricacin de los captadores solares, o por una disminucin de los precios de venta al pblico como consecuencia del crecimiento de mercado.

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El coste de implantacin de la energa solar trmica es variable en funcin de mltiples factores, como pueden ser el tipo de aplicacin (piscinas, agua caliente sanitaria, calefaccin, refrigeracin), el tamao de la instalacin, la tecnologa utilizada (captadores planos o de vaco) o si la instalacin se realiza a la vez que la construccin del edificio o se trata de una vivienda edificada. Todos estos factores influyen en el coste final de una instalacin. Con el objetivo de tomar un valor de referencia, en este manual nos centraremos en el coste de la energa solar de baja temperatura para el suministro de agua caliente sanitaria: la aplicacin ms extendida en todo el mundo y la que cuenta con mayor potencial a corto plazo. A continuacin se plantean algunas de las preguntas que se suelen hacer quienes estn pensando en instalar un sistema de energa solar en su vivienda, en su comunidad de vecinos, o en el mbito de la industria. Es rentable la energa solar? La energa proviene del Sol; por lo tanto, lo que supone un desembolso extraordinario es la adquisicin y montaje de la instalacin para la produccin de agua caliente sanitaria en una vivienda, hotel No obstante, esta inversin se compensar con creces en pocos aos, al sustituir una energa convencional por otra mucho ms econmica. Desde el mismo momento en que pongamos en marcha nuestra instalacin solar, la factura del gas o la electricidad destinada a la produccin de agua caliente sanitaria bajar. Esto se traduce en ahorros medios de entre unos 75 a 150 euros al ao en una economa familiar, en funcin del combustible que se sustituya. Otra de las ventajas de la energa solar es que esta tecnologa nos ayudar a disminuir nuestra dependencia energtica del exterior que, al fin y al cabo, es un buen mtodo de garantizar el suministro de energa con total autonoma. Adems, hay que tener en cuenta que esta fuente de energa no est sujeta a fluctuaciones de mercado y que los precios no oscilan en relacin al coste de la vida, o cualquier otra circunstancia.


Por todas estas razones, hoy por hoy podemos decir que una instalacin solar trmica cuenta con grandes ventajas frente a otros sistemas de abastecimiento y es plenamente rentable en trminos econmicos. Por si fuera poco, tambin hay que aadir que sus usuarios pueden acceder a unas buenas condiciones de financiacin y a ayudas a fondo perdido de las diferentes administraciones. Cunto cuesta una instalacin solar? El precio vara segn sea una instalacin individual o colectiva. Por lo general, el precio medio de una instalacin de placa plana oscila entre los 600 y los 800 euros por metro cuadrado; este precio disminuye a medida que la instalacin solar precise de ms metros de superficie captadora o bien se trate de una vivienda nueva donde su incorporacin vendr integrada en el diseo del proyecto. El tamao de una instalacin depender de la demanda de agua caliente sanitaria y de la zona geogrfica en la que nos encontremos. A modo de ejemplo, podramos decir que una vivienda familiar necesitar entre 2 y 4 m2 de superficie de captacin solar, mientras que una comunidad de vecinos deber instalar entre 1,5 y 3 m2 por familia para configuraciones de sistemas centralizados. No obstante, a la hora de e

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