Instal·lació d'energia solar tèrmica

Planta d'energia solar
termoelèctrica

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 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.

Encara que el principi de funcionament és molt similar existeixen dues aplicacions principals de l'energia solar tèrmica:

  • Energia sola tèrmica per a ús en habitatges i instal·lacions petites
  • Grans centrals d'energia solar tèrmica. En aquestes centrals es concentra la calor en un punt per generar vapor, amb el vapor es acciona una turbina per generar energia elèctrica. Un cop generat la calor el funcionament d'una central d'energia solar tèrmica és molt similar al d'una central tèrmica o una central nuclear. La diferència radica que una central tèrmica la calor per a generar el vapor prové de la combustió de combustibles fòssils, normalment carbó, i en una centra nuclear, la calor s'obté fisionando el nucli d'àtoms d'urani.

Els col·lectors d'energia solar tèrmica són els encarregats de captar l'energia tèrmica de la radiació solar. Aquests col·lectors solars es classifiquen com a col·lectors de baixa, mitja i alta temperatura depenent de la seva forma de treballar.

  • Col·lectors de baixa temperatura. Proveeixen calor útil a temperatures menors de 65 ° C.
  • Col·lectors 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 500 ºC. S'usen per a la generació d'energia elèctrica.

Sistemes que formen una instal·lació d'energia solar tèrmica

L'esquema bàsic d'una instal·lació d'energia 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.

Hi ha 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 solar 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 posterior utilització. L'aigua calenta obtinguda mitjançant el sistema de captació, és conduïda fins al lloc on es va a utilitzar.

L'aigua calenta emmagatzemada es pot utilitzar directament, com és el cas de l'escalfament de l'aigua d'una piscina, en aplicacions d'aigua calenta sanitària o calefacció la demanda.

Com que el moment de necessitat d'aigua calenta no sempre coincideix amb el moment en què hi ha prou radiació serà necessari aprofitar al màxim les hores de Sol per acumular l'energia tèrmica en forma d'aigua calenta.

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 solar 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.

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 a un consum superior al dimensionament. 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 demandada, tot i que en zones amb gran insolació al llarg del any, el percentatge d'aportació sol ser superior.

Aquests sistemes de suport energètic pot ser de diverses fonts. Si la instal·lació està connectada a la xarxa es pot aprofitar el subministrament elèctric de la pròpia companyia elèctrica. En otrso casos es pot es poden utilitzar altres fonts d'energia renovable (energia eòlica o energia hidràulica si les condicions ho permeten) o fonts d'energia no renovable. Les fonts d'energia no renovable poden ser a partir de derivats de combustibles fòssils (petroli, carbó o gas natural), en algunes instal·lacions s'utilitzen calderes de pèl·let o de biomassa.

En els mesos de més baixa radiació solar no s'arriba a cobrir el 60% de les necessitats d'energia. Per contra, 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 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, una instal·lació solar tèrmica tan gran provocaria que en els mesos de més radiació solar es generés 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 per l'hivern i compten amb piscina per a l'estiu o fins i tot tot l'any.

Aspectes econòmics i socials d'una instal·lació d'energia solar tèrmica en un habitatge

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. Per unes mateixes necessitats sistema convencional necessitarà consumir menys combustible (derivats de combustibles fòssils o biomassa), 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, efecte hivernacle, abocaments, residus nuclears, pluja àcida, etc.) en relació amb els sistemes solars. Com a terme mig, 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 precisa la instal·lació del mateix sistema convencional que el que resultaria si no s'instal·lessin els captadors solars. De vegades resulta problemàtic el seu muntatge en edificis existents com a conseqüència de la seva falta de previsió a nivell de projecte.

valoración: 3.7 - votos 16

Referències

Última revisió: 17 de abril de 2018