La funció d'una instal·lació d'energia solar tèrmica és aprofitar l'energia solar per a generar calor. Els panells solars d'aquestes instal·lacions capturen la calor de la radiació solar que incideix sobre ells per escalfar un fluid. Les diferents maneres d'aprofitar aquest fluid calent permet utilitzar aquest tipus d'energia renovable a múltiples aplicacions.
Una instal·lació d'energia solar tèrmica està formada per:
-
Captadors solars
-
Circuits primari i secundari
-
Intercanviador de calor
-
Acumulador, bombas
-
Vas d'expansió
-
Canonades
-
Panell de control principal.
L'energia solar tèrmica és un sitema d'energia solar l'objectiu és l'aprofitament del Sol per obtenir calor. Les centrals termosolars utilitzen aquest sistema d'energia per generar electricitat. No obstant això, en aquest artíclo ens centrem principalment en les instal·lacions domèstiques per a la producció d'aigua calenta sanitària i calefacció.
Captador solar
El captador solar és un tipus de panell solar dissenyat per a l'aprofitament de l'energia solar tèrmica. El captador solar també rep el nom de col·lector solar.
Els captadors solars són els elements que capturen la radiació solar i la converteixen en energia tèrmica, en escalfor.
Sovint van recoberts per un vidre. El vidre que cobreix el captador no només protegeix la instal·lació sinó que també permet conservar la calor produint un efecte hivernacle que millora el rendiment del aptador.
Els col·lectors solars es componen dels següents elements:
-
Coberta: És transparent, pot estar present o no. Generalment és de vidre encara que també s'utilitzen de plàstic, ja que és menys car i manejable, però ha de ser un plàstic especial. La seva funció és minimitzar les pèrdues per convecció i radiació i per això ha de tenir una transmitància solar el més alta possible.
-
Canal d'aire: És un espai (buit o no) que separa la coberta de la placa absorbent. El seu gruix es calcularà tenint en compte la finalitat d'equilibrar les pèrdues per convecció i les altes temperatures que es poden produir si és massa estret.
-
Placa absorbent: La placa absorbent és l'element que absorbeix l'energia solar i la transmet a el líquid que circula per les canonades. La principal característica de la placa és que ha de tenir una gran absorció solar i una emissió tèrmica reduïda. Com els materials comuns no compleixen amb aquest requisit, s'utilitzen materials combinats per obtenir la millor relació absorció / emissió.
-
Tubs o conductes: Els tubs estan tocant (de vegades soldades) la placa absorbent perquè l'intercanvi d'energia sigui el més gran possible. Per als tubs circula el líquid que s'escalfarà i anirà cap al tanc d'acumulació.
-
Capa aïllant: La finalitat de la capa aïllant és recobrir el sistema per evitar i minimitzar pèrdues. Per què l'aïllament sigui el millor possible, el material aïllant ha de tenir una baixa conductivitat tèrmica.
Quins són els tipus de captadors solars?
Els tres tipus principals de col·lectors solars són:
-
Els captadors solars tèrmics de placa plana.
-
Els captadors solars térmocos de tubs de buit.
-
Col lectors solars tèrmics parabòlics.
En els captadors solars de placa plana, l'ànima del sistema és un reixat vertical de tubs metàl·lics, per simplificar, que condueixen l'aigua freda en paral·lel, connectats per baix per un tub horitzontal a la presa d'aigua freda i per dalt per un altre similar a la tornada.
En el sistema de captadors solars tèrmics de tubs de buit, els tubs metàl·lics de sistema precedent se substitueixen per tubs de vidre, encapsulats, d'un amb un, en un altre tub de vidre entre els quals es fa el buit com aïllament.
En els captadors solars tèrmics parabòlics, els captadors tenen una forma parabòlica per concentrar tota la radiació solar rebuda en una superfície en un punt pel qual passa el fluid tèrmic.
Els sistemes parabòlics, generalment s'utilitzen per generar vapor i amb el vapor accionar unes turbines amb què obtenir electricitat. És una forma d'obtenir energia elèctrica mitjançant l'energia solar si utilitzar panells fotovoltaics.
Circuit primari
El circuit primari d'una instal·lació d'energia solar tèrmica, és circuit tancat, transporta la calor des del captador fins l'acumulador (sistema que emmagatzema calor). El líquid escalfat (aigua o una barreja de substàncies que puguin transportar la calor) porta la calor fins l'acumulador. Un cop refredat, retorna a l'col·lector per tornar-se a escalfar, i així successivament.
Intercanviador de calor
L'intercanviador de calor escalfa l'aigua de consum a través de la calor captada de la radiació solar. Se situa en el circuit primari, en el seu extrem. Té forma de serpentí, ja que així, s'aconsegueix augmentar la superfície de contacte i per tant, l'eficiència.
L'aigua que entra a l'acumulador, sempre que estigui més freda que el serpentí, s'escalfarà. Aquesta aigua, escalfada en hores de Sol, ens quedarà disponible per al consum posterior.
Acumulador
L'acumulador és un dipòsit on s'acumula l'aigua escalfada útil per al consum. Té una entrada per a l'aigua freda i una sortida per a la calenta. La freda entra per sota de l'acumulador on es troba amb l'intercanviador, a mesura que s'escalfa es desplaça cap amunt, que és des d'on sortirà l'aigua calenta per al consum.
Internament disposa d'un sistema per evitar l'efecte corrosiu de l'aigua calenta emmagatzemada sobre els materials. Per fora té una capa de material aïllant que evita pèrdues de calor i està cobert per un material que protegeix l'aïllament de possibles humitats i cops.
Circuit secundari
El circuit secundari o de consum, (circuit obert), entra aigua freda de subministrament i per l'altre extrem l'aigua escalfada es consumeix (dutxa, lavabo, ...). L'aigua freda passa per l'acumulador primerament, on escalfa l'aigua calenta fins arribar a una certa temperatura. Les canonades d'aigua calenta de l'exterior, han d'estar cobertes per aïllants.
Bombes hidràuliques
Les bombes hidràuliques, en cas que la instal·lació sigui de circulació forçada, són de tipus recirculació (sol haver-hi dos per circuit). Una bomba hi treballa una la meitat del dia, i la parella, la meitat del temps restant.
Res a veure amb les bombes hidràuliques utilitzades en un sistema híbrid d'energia solar i energia hidràulica.
Vas d'expansió
El vas d'expansió absorbeix variacions de volum del fluid caloportador, el qual circula pels conductes del aptador, mantenint la pressió adequada i evitant pèrdues de la massa del fluid. És un recipient amb una càmera de gas separada de la de líquids i amb una pressió inicial la que va en funció de l'altura de la instal·lació.
El que més s'utilitza és amb vas d'expansió tancat amb membrana, sense transferència de massa a l'exterior del ircuit.
Canonades
Les canonades de la instal·lació es troben recobertes d'un aïllant tèrmic per minimitzar la pèrdua termodinàmica amb l'entorn.
Panell de control
Es disposa també d'un panell principal de control a la instal·lació solar tèrmica, on es mostren les temperatures en cada instant (un regulador tèrmic), de manera que pugui controlar el funcionament de sistema en qualsevol moment. Apareixen també els rellotges encarregats de l'intercanvi de bombes.