INTRODUCCIÓN A LA ENERGÍA SOLAR
Porque Energía Solar? La escasez mundial de energía y la preocupación medioambiental, exigen soluciones de mejora en los métodos convencionales de produción de energía. Ventajas de la Energía solar: - Abundante en grandes zonas del planeta. - No dependencia de los combustibles fósiles. - Permite reducir costes. - Preserva el medio ambiente (energía limpia). - Potencial ilimitado.
Porque Energía Solar? 950 colectores (2,500 m 2 ) abastecen el consumo total de agua en el Hotel Creta Maris (400 habitaciones) eliminando anualmente la emision de 775.000 kg de CO2. www.chromagen.biz
Tipos de Radiación Radiación Directa Llega a la Tierra en línea recta desde el círculo solar. Radiación Difusa Se difunde y dispersa al chocar con la atmósfera. Sufre muchos cambios de dirección, por ello da la sensación que procede de la bóveda celeste. Es capaz de alcanzar una superficie aunque no este expuesta al sol. Radiación de Albedo Procede de cuerpos cercanos (por ejemplo un edificio). No se suele considerar a efectos de cálculo porque tiene un valor despreciable. Radiación total =Directa + Difusa + Albedo Las radiaciones no llegan en la misma medida, ni siquiera la directa y la difusa.
Energía Solar Según su aprovechamiento se puede dividir en: Activa A través de medios se controla la energía. Pasiva No existen elementos que capten la energía, se optimiza la construcción de los edificios para aprovechamiento energético. Ejemplo: invernaderos o muros trombe.
Definición Energía solar térmica: es la transformación de la energía radiante solar en calor o energía térmica. Utiliza directamente la energía que recibimos del sol para calentar un fluido. Calienta el agua de forma directa alcanzando temperaturas de 50º - 60º(< 80ºC ) gracias a la utilización de paneles solares. Esta es almacenada hasta su posterior consumo (calentamiento de agua sanitaria, usos industriales, calefacción de espacio, calentamiento de piscinas, secaderos, refrigeración, etc. ) Energía solar fotovoltaica: aprovecha las propiedades físicas de ciertos materiales semiconductores para generar electricidad a partir de la radiación solar.
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA DE BAJA TEMPERATURA
En función de T trabajo se puede dividir en: Baja temperatura (< 150 ºC) - Se pasa un fluido por un elemento activo (panel) y este alcanza la temperatura. Todo colector se compone de una serie de tubos, a los que se conoce como parrilla, con unas aletas para que la superficie sea mayor, transmitiendo estas el calor a los tubos. Van integrados dentro de un cofre, que es la caja donde va integrado el sistema, a este último se le aplica una capa captadora (color negro) y un aislante para evitar fugas de calor. Además van provistos de un cristal para favorecer el efecto invernadero. Media temperatura (150 ºC - 600 ºC) Se consiguen con los C.P.C. (cilindro parabólico de concentración). Son una especie de media luna con unos espejos. En el medio llevan un tubito. La radiación refleja en los espejos e incide en ese tubo. Van girando según la posición del sol. Se pueden utilizar para calefacción. Tecnología experimental. Alta temperatura (600 ºC - 1200 ºC) Son campos de helióstatos. También experimentales, en España existen varios. Consiste en miles de espejos orientados al sol y reflejan hacia un punto determinado donde se encuentra un depósito de agua, este alcanza una temperatura muy elevada. Gracias a una turbina esta energía en forma de calor es transformada en electricidad.
Solar Térmica de Baja Temperatura Elemento principal: CAPTADORES SOLARES. TIPOS: Polipropileno Tubos soldados entre sí. Van al exterior, sin aislamiento, ni cofre, ni cristal. Aplicación: calentamiento de piscinas exteriores (rendimiento muy bajo). De placa plana: Consideramos tres tipos: Ultraselectivo Debido al tratamiento de la parte absorbedora, que suele ser bastante captadora, para lugares con parámetros de radiación baja. Pintura selectiva- Para lugares de media/alta radiación Pintura negra- Para lugares de altísima radiación Tubo de vacío - Hay dos tipos: Flujo directo Una serie de ampollas al vacío que albergan unos tubos. Suelen alcanzar las temperaturas más altas (120-130º). El vacío se hace para obtener un mayor poder calorífico. Heat Pipe Tecnología más elevada en baja temperatura. Similar al anterior tipo pero los fluidos no están en contacto, sino que son los elementos. Para conseguirlo se rellena la ampolla de un líquido refrigerante que cambia de estado rápidamente, es decir, al calentarse se vuelve gas y sube a la parte superior, mientras que la parte más enfriada se queda en la parte inferior. Como principal desventaja destaca que sólo sirven para sitios poco calurosos y son caros.
DIMENSIONADO DE INSTALACIONES DE A.C.S.
Definiciones -Demanda energética anual (DEA ) Energía que necesita el usuario final M Cp (Tu-Te) - Energía solar aportada (ESA) Energía que aporta la instalación solar -Fracción solar (FS) Relación entre la ESA y la DEA -Rendimiento solar (η) Cociente entre la energía solar aportada y la radiación incidente sobre el área de captación
Datos de partida para el cálculo de una instalación solar -Necesidades energéticas Consumos, Nº Usuarios Datos medidos, estimados, tablas -Datos meteorológicos y de suministro Radiación solar Temperatura ambiente Temperatura de entrada (Fría) -Espacio disponible Sala de maquinas (Termotanques) Cubiertas (Captadores)
Diseño de la acumulación -Se recomienda hacer la acumulación igual a la carga de consumo: V=M. -Se recomiendan depósitos verticales A mayor esbeltez mayor estratificación y mayor rendimiento. -Varios depósitos Conexión en serie Distintas condiciones de trabajo en acumuladores Aumenta la estratificación Conexión en paralelo Todos los acumuladores trabajan por igual
Diseño de la captación (I/III)
Diseño de la captación (II/III) -Se establecen relaciones V/A lógicas: 70 V/A 180 Proceso iterativo -Variar el número de captadores hasta llegar a la FS deseada sin descuidar el rendimiento. Sí A FS, η, T -Consumo fin de semana Se recomienda subir la relación M/A -Conexionado en sistemas a medida Batería (máximo recomendado 5 captadores) Serie (Máximo 2 baterías) Paralelo (Sin limitaciones) Baterías de captadores iguales (Equilibrado) Conexión en retorno invertido (Equilibrado)
Diseño de la captación (III/III) Inclinación Inclinación = Latitud Óptimo anual Sí Inclinación FS en invierno Orientación Orientación en España y Colombia: Sur = óptimo * Se admiten desviaciones de 30/45º Sombras Distancia entre objetos y captadores Aproximadamente: d = h / tg (61º-latitud) d h h d d h
TIPOS DE INSTALACIONES Y PRODUCTOS
Productos / Sistemas - Captadores solares -Acumuladores solares Pequeño volumen Gran volumen (500-2000 litros) -Equipos domésticos homologados Equipos de circulación por efecto termosifón Perfil bajo / alto / directos / indirectos Equipos de circulación forzada Presurizados / Drain-Back -Instalaciones Forzadas de Gran Volumen Sistemas presurizados Sistemas Drain-back
Otros elementos de la instalación - Centralitas de control - Grupos de Bombeo / Estaciones solares - Estructuras Instalaciones - Aerotermos (Disipadores dinámicos) y Disipadores estáticos - Bombas, Vasos expansión, Intercambiadores, anticongelante, contadores de energía
CAPTADORES
Captadores (Captan la E. solar y la transforman en E. térmica) SERIE Tratamiento Marco Absorbedor Observación Línea QA Selectivo (Imprimación de Pintura selectiva de Cromo) Aluminio anodizado 8mm Mejor comportamiento con el paso del tiempo Línea QR Selectivo (Imprimación de Pintura selectiva de Cromo) Acero galvanizado lacado en gris metalizado 8mm Económico Captadores en 3 tamaños: Modelo D (CR 100) : S exterior 2,1 m² - termosifónicos 300 (2 unidades) Modelo E (CR110) : S exterior 2,4 m² - termosifónicos 200 (1 unidad) Modelo F (CR120) : S exterior 2,8 m² - Instalaciones
Serie QA Características constructivas: Absorbedor Aleta de Aluminio con recubrimiento Pintura selectiva(cr) Soldadura láser aleta Aluminio -conductos de cobre. Buena transmisión de calor, aleta-conducto. Conexiones en bronce roscadas de ¾ hembra. Vidrio solar Templado, bajo contenido en hierro. Alta resistencia, Selectividad transmisiva.
Aislamiento posterior (2 capas de aislamiento) Hoja de aluminio Evita las pérdidas radiantes en el rango del infrarrojo. Poliuretano rígido inyectado Disminuye pérdidas de calor por convención / conducción. Da forma a la caja del captador. Caja Formada utilizando el Poliuretano rígido inyectado Lateral en aluminio anodizado Dorso en lámina de polipropileno, con el anagrama CHROMAGEN Sellado con juntas de E.P.D.M.
Serie QR Características constructivas Absorbedor Aleta de Aluminio con recubrimiento Pintura selectiva(cr) Soldadura láser aleta Aluminio -conductos de cobre. Buena transmisión de calor, aleta-conducto. Conexiones en bronce roscadas de ¾ hembra. Vidrio solar Templado, bajo contenido en hierro. Alta resistencia, Selectividad transmisiva.
Aislamiento posterior (2 capas de aislamiento) Hoja de aluminio Evita las pérdidas radiantes en el rango del infrarrojo. Poliuretano rígido inyectado Disminuye pérdidas de calor por convención / conducción. Da forma a la caja del captador. Caja Formada utilizando el Poliuretano rígido inyectado Lateral en acero galvanizado lacado en gris metalizado Dorso en lámina de polipropileno, con el anagrama CHROMAGEN Sellado con juntas de E.P.D.M.
ACUMULADORES
Para equipos domésticos HORIZONTALES Acumuladores directos: Acumuladores indirectos (Interacumuladores) Doble envolvente: MULTIFUNCIÓN
VERTICALES Verticales de suelo Acumuladores Indirectos (Interacumuladores) 1 solo serpentín: 150 LITROS 200 LITROS 300 LITROS 2 serpentines: 200 LITROS 300 LITROS
Acumuladores ACS gran volumen (Almacenan la E. térmica hasta su consumo) Acumuladores (Directos), almacenan el agua hasta su consumo Interacumuladores (Indirectos), transmiten el calor del fluido del circuito de captadores al agua que se almacena para su consumo
Otros elementos de la instalación - Centralitas de control - Grupos de Bombeo / Estaciones solares - Estructuras captadores - Bombas de circulación - Intercambiadores - Aerotermos (Disipadores dinámicos) y Disipadores estáticos - Vasos expansión, valvulería, contadores
Centralitas de control CHROMAGEN 4E/1S Centralita diferencial (1 sola configuración) Máximo 4 entradas y una salida todo nada Función antiheladas, refrigeración captador Balance de cantidad térmica CHROMAGEN 4E/2S Centralita diferencial programable (9 configuraciones) Máximo 4 entradas y dos salidas Función antiheladas, refrigeración captador, Captador tubular, Balance de cantidad térmica CHROMAGEN 5E/4S Centralita diferencial programable (múltiples configuraciones) 5 entradas y 4 salidas
Grupos de bombeo / Estación Solar
Bombas circuladoras BOMBAS PARA CIRCUITOS 1º (circuitos cerrados) BOMBAS PARA CIRCUITOS 2º (sanitarias)
Intercambiadores INTERCAMBIADORES PARA ACS Desde 5 hasta 50 captadores INTERCAMBIADORES PARA PISCINA Desde 5 hasta 50 captadores (Para Piscinas de alta cloración consultar)
Aerotermos (Disipadores dinámicos) C.T.E. 3.2.2.3.1 Protección contra sobrecalentamientos Se deberá dotar a las instalaciones solares de dispositivos de control que eviten los sobrecalentamientos de la instalación que puedan dañar los materiales Potencia necesaria disipación: 700 W/m² de captador Disipadores estáticos
Vasos de expansión, anticongelante, otros
Garantía del producto -Captadores solares: 6 años -Acumuladores sistemas: 6 años -Acumuladores Gran volumen: 3 años -Otros elementos de la instalación: 2 años Nota: Con cada sistema prediseñado se entrega un manual completo que incluye garantía del producto.
TIPOS DE INSTALACIONES
Componentes básicos - Captación - Acumulación * Grupo hidráulico * Centralita de control
Tipos de Instalaciones 1. Sistemas prefabricados 1. Sistemas termosifónicos 2. Sistemas forzados 2. Sistemas a medida 1. Instalaciones de ACS Centralizadas Distribuidas 2. Instalaciones de Piscina 3. Instalaciones de Calefacción 4. Instalaciones Combinadas
SISTEMAS PREFABRICADOS
Sistema Prefabricado (UNE-EN 12976) Definición EN 12976-1:2000 y EN 12976-2:2000 Sistemas solares de calentamiento prefabricados son lotes de productos con una marca registrada (ensayados y homologados como conjunto), que son vendidos como equipos completos y listos para instalar. A. Equipos de circulación por efecto termosifón Directos Indirectos Perfil alto Perfil bajo B. Equipos de circulación forzada Forzado presurizado Drain-back (autovaciado)
Sistemas termosifónicos Según intercambio Según posición interacumulador Directo: no existe intercambiador Solo hay un circuito Perfil alto: acumulador por encima de captación Indirecto: existe intercambiador Hay dos circuitos independientes Perfil bajo: acumulador por debajo de captación
Termosifónicos Principio de funcionamiento El fluido es calentado en el captador ρ T El fluido menos denso tiende a ascender No requieren de bombas ni de sistemas de control
Equipos de circulación por efecto termosifón Modelos, Usos. Directos Fluido en captadores = Fluido consumo. Más económicos, Más fiables y eficientes a corto plazo Menos fiables y eficientes a medio / largo plazo Recomendados en zonas libres de heladas y de cal Indirectos Deposito indirecto: doble circuito, aumenta el coste y el peso Mayor valvulería. Recomendados en cualquier situación (heladas/cal) Demanda Captación Acumulación (l) 2 3 personas 1 x E / D 150 3 5 personas 1 x F / E 200 4 7 personas 2 x E / D 300
Equipos de circulación por efecto termosifón Modelos. Usos. Perfil alto: - Deposito indirecto o directo. - Poca valvulería: tanto en sistemas directos como indirectos: Montaje muy rápido - Mayor impacto visual. Perfil bajo: - Deposito indirecto o directo. - Mucha valvulería en los sistemas indirectos: Mayor tiempo de montaje en sistemas indirectos. En sistemas directos montaje rápido. - Mejor estética. Demanda Captación Acumulación (l) 2 3 personas 1 x E / D 150 3 5 personas 1 x F / E 200 4 7 personas 2 x E / D 300
Despiece equipos Perfil bajo Accesorios específicos para energía solar
Conexión Equipos con auxiliar Auxiliar en serie Auxiliar en paralelo Valido en sistemas auxiliares: -Calentadores de gas modulantes. -Termos Eléctricos. -Sistemas con acumulación. Maniobras sólo en caso de avería. Mayor aprovechamiento energético. Valido para todo de sistemas auxiliares. Imprescindible realizar maniobra. Desperdicio de energía. Interesante si el sistema actual y el equipo están a mucha distancia.
Termosifónicos
Sistemas prefabricados Forzados La circulación del fluido se produce de forma forzada, para ello se emplea un circulador Dos sistemas: -Presurizados: -Drain-back:
Forzados Principio de funcionamiento El fluido es calentado en el captador. Si T c -T a >8ºC Se acciona la bomba. El calor es almacenado en el termotanque.
Modelos: Usos. Se añade control diferencial y bomba, permitiendo un mayor control sobre el funcionamiento. Son sistemas indirectos (con serpentín interior en acumulador solar) Presurizado: - Sin limitaciones en instalaciones (trazado de tubería) - Mayor valvulería -Mayor mantenimiento. Autovaciado (Drain-back): - Limitación en longitud y diámetro de tubería - Menor valvulería -Menor mantenimiento Demanda 2 3 personas 3 5 personas 4 7 personas Captación 1 x E / D 1 x F / E 2 x E / D Acumulación (l) 150 200 300
Sistemas Forzados Presurizados - Son sistemas presurizados. En su montaje llevan válvula de seguridad, válvula de retención, vaso de expansión y purgador. (Sin aire) - Bomba circuladora de pequeñas dimensiones - Sin limitaciones en distancias y en altura entre el captador y el acumulador. - El interacumulador puede presentar cualquier disposición y posición respecto al captador.
Sistemas Forzados Drain-Back Sistema forzado que consiste en el llenado del circuito solar tan solo hasta la totalidad del serpentín/doble camisa del acumulador, dejando vacío tanto la tubería como el captador solar. Funcionamiento -Si T (captador-acumulador) adecuado: Bomba On. Líquido a captación Aire a la parte alta del serpentín/doble camisa sobredimensionado del acumulador -Si el sistema se para: Líquido a serpentín/doble camisa de acumulación Aire a captación
Sistemas Forzados
INSTALACIONES PREDISEÑADAS DE MEDIANO VOLUMEN
Instalaciones Forzadas tamaño mediano: Presurizadas Volúmenes: 500, 1000, 1500 y 2000 litros Componentes: 2.000 litros 500 litros
Instalaciones Forzadas Gran Volumen Drain-back: 500 y 1000 litros Estación Solar DB1 -Hasta 3 captadores -Hasta 500 litros ACS Estación Solar DB2 -Hasta 6 captadores -Hasta 1000 litros ACS
SISTEMAS A MEDIDA
Sistemas a medida 1. Instalaciones de ACS Centralizadas Distribuidas 2. Instalaciones de Piscina 3. Instalaciones de Calefacción 4. Instalaciones Combinadas 5. Instalaciones Procesos Industriales
Instalación centralizada: Consumo centralizado Solar centralizado - Auxiliar centralizado
Instalación centralizada: Consumo distribuido Solar centralizado - Auxiliar centralizado
Instalación centralizada: Consumo distribuido Solar centralizado - Auxiliar distribuido
Instalación centralizada
Instalación centralizada
Instalación centralizada
Instalación distribuida: sin inercia y sin intercambiador Distribuida Tipo 1: Acumulación solar individual
Instalación distribuida: sin inercia y con intercambiador Distribuida Tipo 1: Acumulación solar individual
Instalación distribuida
Instalación distribuida
Instalación distribuida: con inercia Distribuida Tipo 2: Acumulación distribuida con acumulador de inercia
Instalación distribuida
Instalación distribuida
Instalación distribuida
Instalación distribuida
Instalación distribuida: con inercia Distribuida Tipo 3: Acumulación centralizada e intercambiador individual
Instalación distribuida
Instalación distribuida
Instalación distribuida
Instalación piscinas
Instalación piscinas
Instalación piscinas
Instalación piscinas
Instalación calefacción
Instalación calefacción Características acumulador
Instalación calefacción
Instalación combinada
Instalaciones en procesos industriales
Sistemas a medida Ejemplos de instalaciones ejecutadas: -Ahorros económicos -Amortización simple
Lavaderos -Proceso demandante de calor: ACS lavado vehículos. -Localización: Los Palacios, Sevilla -Temperatura de demanda: 45ºC -Consumo medio:1950l/dia.
- Dimensionado: 8 Captadores PA-F (19,68m 2 ) V = 1.600l -Coberturas DEA: 97.481 MJ/año ASA: 63.204 MJ/año FS: 64% Rendimiento: 51%
Análisis Económico - Energía auxiliar: Gas propano Coste: 0,025 /MJ - Consumo con sistema convencional 2.437,02 /año - Ahorro con sistema solar 1.580,10 /año - Coste estimado de la instalación 8.856 /año (400-450 /m 2 ) Amortización 5,6 años
Nuevo bloque quirúrgico Hospital Proceso demandante de calor: ACS Localización: Valencia Temperatura de demanda: 60ºC Consumo: 8.800 l/día
- Dimensionado: 54 Captadores PA-F (139,86m 2 ) V = 8.000l -Coberturas DEA: 640.249 MJ/año ASA: 386.583 MJ/año FS: 61% Rendimiento: 47%
Análisis Económico - Energía auxiliar: Gas propano Coste: 0,029 /MJ - Consumo con sistema convencional 18.567,22 /año - Ahorro con sistema solar 11.210,91 /año - Coste estimado de la instalación 62.937 /año (400-450 /m 2 ) Amortización 5,6 años
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