Instal·lació d'energia solar tèrmica

Energia solar tèrmica

L'energia solar tèrmica consisteix en l'aprofitament de l'energia procedent del Sol per transferir-la a un mitjà portador de calor, generalment aigua o aire.

Entre les diferents aplicacions de l'energia solar tèrmica hi ha la possibilitat de generar energia elèctrica. La tecnologia actual permet escalfar aigua amb la radiació solar fins a produir vapor i posteriorment obtenir energia elèctrica.

Els col·lectors d'energia solar tèrmica es classifiquen com a col·lectors de baixa, mitja i alta temperatura depenent de la seva forma de treballar.

  • Col·lectors solars de baixa temperatura. Proveeixen calor útil a temperatures menors de 65°C.
  • Col·lectors solars de temperatura mitjana. Són els dispositius que concentren la radiació solar per lliurar calor útil a major temperatura, usualment entre els 100 i 300°C.
  • Col·lectors d'alta temperatura. Treballen a temperatures superiors als 500ºC. S'usen per a la generació d'energia elèctrica.

 

Sistemes que formen una instal·lació solar tèrmica

L'esquema bàsic d'una instal·lació solar tèrmica és el següent:

Esquema bàsic d'una instal·lació d'energia solar tèrmica

Una instal·lació solar tèrmica està formada per diversos sistemes:

Sistema de captació de radiació solar

El sistema de captació de radiació solar està format per captadors solars connectats entre si. La seva missió és captar l'energia solar per transformar-la en energia tèrmica, augmentant la temperatura de fluid que circula per la instal·lació.

Existeixen una gran quantitat de sistemes de captació de la radiació solar. L'elecció d'un sistema o un altre dependrà principalment de si es tracta d'instal·lacions tèrmiques solars de baixa, mitjana o alta temperatura.

Entre els diferents sistemes de captació solar destaquem:

  • Captador solar pla. Es tracta del captador solar més estès, es poden obtenir augments de temperatura de 60°C a un cost reduït. S'utilitza en plantes solars tèrmiques de baixa temperatura.
  • Captadors solars tèrmics no vidriats. És freqüent, per exemple, per escalfar l'aigua de piscines. L'augment de temperatura és baix, al voltant de 30°C. Són més econòmics que els captadors solars plans.
  • Captadors solars de buit. Consisteixen en tubs de metall que recobreixen el tub metàl·lic que conté el fluid de treball deixant entre ambdós una càmera que actua com a aïllant. Tenen un rendiment molt elevat, però el seu cost també és elevat.
  • Captadors solars amb sistemes de concentració de la radiació. S'utilitzen per a instal·lacions que requereixen temperatures més elevades. S'utilitzen panells en formes parabòliques o semi-cilíndriques.
  • Captadors solars tèrmics amb sistemes de seguiment de la posició del Sol. La seva posició va variant al llarg del dia per mantenir una posició perpendicular a la radiació solar rebuda.

Sistema d'acumulació de l'energia tèrmica

Esquema d'una instal·lació d'energia solar tèrmica en un habitatge Consisteix en emmagatzemar l'energia calorífica en un dipòsit d'acumulació per a la seva posterior utilització. L'aigua calenta obtinguda mitjançant el sistema de captació, és conduïda fins el lloc on s'utilitzarà. Pot ser directament, com és el cas de l'escalfament de l'aigua d'una piscina. En aplicacions d'aigua calenta sanitària o calefacció la demanda no sempre coincideix amb el moment en què hi ha prou radiació, per tant si es vol aprofitar al màxim les hores de Sol serà necessari acumular l'energia tèrmica en aquells moments del dia en què això sigui possible i utilitzar-la quan es produeixi la demanda.

El sistema d'acumulació d'energia tèrmica està format per un o més dipòsits d'aigua calenta. La dimensió dels dipòsits d'emmagatzematge ha de ser proporcional al consum estimat i ha de cobrir la demanda d'aigua calenta d'un o dos dies.

Sistema de distribució de l'energia tèrmica

Una vegada que els captadors solars han escalfat el medi portador de calor (aigua o aire) augmentant la seva energia tèrmica, podem traslladar aquesta energia tèrmica a altres fonts més fredes les quals vulguem escalfar.

En aquest sistema s'engloben tots els elements destinats a la distribució del medi portador de calor i condicionament a consum: control, canonades i conduccions, vasos d'expansió, bombes, purgadors, vàlvules, etc. També forma part d'aquest sistema el sistema de suport basat en energies convencionals (elèctrics, caldera de gas o gasoil), necessaris per prevenir les possibles faltes derivades de l'absència de radiació solar i fer front als pics de demanda.

Sistemes convencionals de suport energètic

Les instal·lacions d'energia solar tèrmica necessiten sistemes de suport convencionals en previsió de la falta de radiació solar o un consum superior al dimensionat (gasoil, gas o electricitat). En la majoria dels casos tant en instal·lacions en habitatges unifamiliars, com en edificis d'habitatges, les instal·lacions solars es dissenyen per proporcionar als habitatges entre el 60-80% de l'aigua calenta sinaitária demandada, tot i que en zones amb gran insolació al llarg del any, el percentatge d'aportació sol ser superior.

En els mesos de més baixa radiació (gener, febrer, novembre i desembre) no s'arriba a cobrir el 60% de les necessitats d'energia, mentre que en els mesos d'estiu s'arriba pràcticament el 100% de les mateixes. Així, l'objectiu amb el qual es dissenyen les instal·lacions solars tèrmiques és el de cobrir un mínim d'un 60% de les necessitats energètiques anuals depenent de la zona geogràfica.

Pretendre cobrir per sobre d'un 60% o 70% anual d'energia solar tèrmica requeriria posar un camp solar molt gran, de manera que resultaria un cost summament elevat que no s'arribaria a amortitzar mai, a més de provocar en els mesos de major radiació solar, com són els d'estiu, un excedent de producció que no es podria utilitzar i que provocaria problemes de sobreescalfament en tota la instal·lació.

Per aquest motiu les instal·lacions que millor funcionen i abans es rendibilitzen són les que necessiten aigua calenta sanitària per a tot l'any, calefacció (millor per terra radiant) per a hivern i compten amb piscina per a l'estiu o fins i tot tot l'any.

Aspectes econòmics i socials d'una instal·lació solar tèrmica

La inversió inicial d'un sistema d'energia solar tèrmica serà més gran enfront d'un sistema de subministrament energètic convencional. D'altra banda, el seu cost de funcionament durant els més de 25 d'anys de vida de la instal·lació solar tèrmica serà irrellevant comparat amb el de la compra de combustible o energia elèctrica, reparacions, manteniment, etc. associat al sistema energètic convencional.

La instal·lació d'energia solar tèrmica resulta econòmicament més avantatjosa econòmicament, ja que tota l'energia que obtinguem del Sol amb els captadors solars tèrmics, serà energia que ens la estalviarem de produir (cremant combustible en una caldera) o de consumir (de la xarxa elèctrica de distribució). Una instal·lació d'energia solar tèrmica acaba rentabilizándose al llarg dels anys, ja que l'estalvi energètic que produeix es materialitza en estalvi econòmic, el qual permet acabar amortitzant el cost de la instal·lació. Aquesta amortització pot oscil·lar entre els 5 i 12 anys segons la mida de la instal·lació, dels ajuts obtinguts a fons perdut, del lloc on s'instal·li (més o menys radiació solar) i de les necessitats majors o menors de l'usuari.

En el cas de col·locar aquestes instal·lacions solars tèrmiques en habitatges de nova construcció o rehabilitació, l'amortització es pot considerar instantània, ja que l'increment que representa en el preu total de l'habitatge és molt petit; l'import que es paga per aquest major cost en un préstec hipotecari cada any és inferior a l'import en euros que suposa la menor despesa de gas o gasoil.

Destaquem els principals avantatges que ens aporta un sistema solar tèrmic:

  • Avantatges econòmics, ja que per a unes mateixes necessitats sistema convencional necessitarà consumir menys combustible, el que representarà per a l'usuari una menor despesa anual. A més, l'energia solar és independent del combustible convencional i el seu proveïment, atès que és compatible amb qualsevol sistema convencional i independent de la variació del preu de compra del combustible.
  • Avantatges mediambientals, ja que la generació d'energia amb sistemes convencionals posseeix uns costos ambientals molt importants (emissions de CO2, canvi climàtic, abocaments, residus nuclears, pluja àcida, etc.) en relació amb els sistemes solars. Com a mitjana, un m2 de captador solar tèrmic és capaç d'evitar cada any l'emissió a l'atmosfera d'una tona de CO2.
  • Fàcil manteniment. La vida útil de les instal·lacions solars tèrmiques és superiors a 25 anys i el manteniment que requereix, si bé cal fer, és de molta menor entitat que en el cas dels sistemes convencionals.

No obstant això, la instal·lació de sistemes tèrmics presenta un inconvenient: es necessita la instal·lació del mateix sistema convencional que el que resultaria si no s'instal·lessin els captadors solars, i de vegades resulta problemàtic seu muntatge en edificis existents com a conseqüència de la seva falta de previsió a nivell de projecte.

valoración: 3.3 - votos 11

Referències

Última revisió: 2 de juny de 2015