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4.- SOLUCIÓN 1: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA 4. – SOLUCIÓN 1: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA. El Sol es una fuente de energía formidable. Como todas las estrellas, el Sol es un gigantesco reactor nuclear (su masa es el orden de 330000 veces la de la Tierra) en el que la masa se convierte en energía radiante continuamente. Está formada por diversos elementos en estado gaseoso, (hidrógeno principalmente). Tiene un diámetro de 1,4 millones de km. En su interior existen elevadas presiones, y temperaturas de varios millones de grados, que hace que en el seno del Sol se produzcan, de manera continua, reacciones nucleares mediante las cuales dos átomos de hidrógeno se fusionan (dando lugar a un átomo de helio) liberando una gran cantidad de potencia (del orden de 389*10 24 W). Este es el origen de la energía solar. De esta energía, solo una parte llega de manera efectiva a la superficie de la Tierra en forma de radiación ya que constituye una superficie de captación casi insignificante, al encontrarse a 150 millones de km. Aún así, la potencia que llega es unas 10.000 veces mayor que la que proporcionan todas las fuentes energéticas que el hombre emplea. No obstante, hemos de tener en cuenta algunas dificultades que se nos presentan a la hora de emplear esta energía. En primer lugar, la energía nos llega a la tierra de una manera bastante dispersa, y además presenta oscilaciones. Según las horas del día, las condiciones climatológicas, las coordenadas en que nos encontremos y la estación del año recibiremos cantidades diferentes de radiación solar. La cantidad de energía solar recibida por unidad de superficie y por unidad de tiempo (por término medio) sobre una superficie enfrentada al Sol (perpendicular a los rayos solares), situada en el límite de la atmósfera, a la distancia media entre la tierra y el Sol, es de unos 1.353 W/m2, cantidad que se conoce como constante solar. Viene a indicarnos la energía media que llega a la capa más externa de la atmósfera terrestre. Esta energía que llega en realidad es una radiación electromagnética (por eso la llamamos radiación solar). Figura 4.1. Radiación solar en Europa 19

4. – SOLUCIÓN 1: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA.bibing.us.es/proyectos/abreproy/20088/fichero/PFC...una superficie enfrentada al Sol (perpendicular a los rayos solares), situada en el

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4.- SOLUCIÓN 1: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

4. – SOLUCIÓN 1: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA.

El Sol es una fuente de energía formidable. Como todas las estrellas, el Sol es un gigantesco reactor nuclear (su masa es el orden de 330000 veces la de la Tierra) en el que la masa se convierte en energía radiante continuamente. Está formada por diversos elementos en estado gaseoso, (hidrógeno principalmente). Tiene un diámetro de 1,4 millones de km. En su interior existen elevadas presiones, y temperaturas de varios millones de grados, que hace que en el seno del Sol se produzcan, de manera continua, reacciones nucleares mediante las cuales dos átomos de hidrógeno se fusionan (dando lugar a un átomo de helio) liberando una gran cantidad de potencia (del orden de 389*1024 W). Este es el origen de la energía solar. De esta energía, solo una parte llega de manera efectiva a la superficie de la Tierra en forma de radiación ya que constituye una superficie de captación casi insignificante, al encontrarse a 150 millones de km. Aún así, la potencia que llega es unas 10.000 veces mayor que la que proporcionan todas las fuentes energéticas que el hombre emplea.

No obstante, hemos de tener en cuenta algunas dificultades que se nos

presentan a la hora de emplear esta energía. En primer lugar, la energía nos llega a la tierra de una manera bastante dispersa, y además presenta oscilaciones. Según las horas del día, las condiciones climatológicas, las coordenadas en que nos encontremos y la estación del año recibiremos cantidades diferentes de radiación solar. La cantidad de energía solar recibida por unidad de superficie y por unidad de tiempo (por término medio) sobre una superficie enfrentada al Sol (perpendicular a los rayos solares), situada en el límite de la atmósfera, a la distancia media entre la tierra y el Sol, es de unos 1.353 W/m2, cantidad que se conoce como constante solar. Viene a indicarnos la energía media que llega a la capa más externa de la atmósfera terrestre. Esta energía que llega en realidad es una radiación electromagnética (por eso la llamamos radiación solar).

Figura 4.1. Radiación solar en Europa

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4.- SOLUCIÓN 1: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

Como en la atmósfera se refleja parte de la radiación que llega del sol, y

otra parte se absorbe, a la superficie de la tierra llega, lógicamente una cantidad menor que la que se tiene en el exterior de la atmósfera. Viene a ser de unos 900 W/m2.

4.1.- Tipos de energía solar. Dependiendo de la forma de aprovechar esta radiación que nos llega del

Sol se distinguen tres tipos de energía solar:

- Energía Solar Fotovoltaica: La radiación solar se utiliza exclusivamente para generar corriente eléctrica a través de paneles fotovoltaicos.

- Energía Solar Térmica: La radiación solar se utiliza fundamentalmente para

obtener calor por medio de colectores solares, aunque también puede generarse electricidad a partir de vapor.

- Energía Solar Pasiva: La radiación solar se aprovecha para mejorar el confort

térmico en un edificio por medio de elementos arquitectónicos bioclimáticos. Estas tres formas de aprovechamiento no tienen nada que ver entre sí, ni

en cuanto a su tecnología ni en su aplicación, por lo que son tratadas separadamente en los siguientes apartados.

En nuestro caso, como nuestro interés es producir agua caliente a partir

de la energía solar, el tipo más conveniente es la energía solar térmica. Vamos a ver una pequeña introducción sobre este tipo de energía solar.

- Energía solar térmica. La energía solar térmica consiste en la captación de la radiación del Sol y

su transformación en calor para su aprovechamiento en diversas aplicaciones. Esta transformación se realiza por medio de unos dispositivos específicamente diseñados denominados colectores solares.

Un colector solar es un dispositivo capaz de captar la energía que aporta

la radiación solar, utilizándola para calentar un determinado fluido (generalmente agua) a una cierta temperatura. En función de la misma, los colectores pueden ser de alta, media, o baja temperatura, siendo estos últimos, los que han adquirido un mayor desarrollo comercial.

- Tipos de colectores solares. En la actualidad existen tres grandes grupos de colectores solares en

función de la temperatura a la que sean capaces de calentar el fluido:

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4.- SOLUCIÓN 1: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

- Baja (menos de 100º C) - Media (entre 100 y 400º C) - Alta temperatura (más de 400º C) Para nuestra instalación, necesitamos una temperatura final de agua de

alrededor de 90º C, con lo cual usaremos colectores de baja temperatura. Vamos a ver los distintos tipos dentro de este grupo.

- Colectores de baja temperatura Estos colectores realizan la captación de forma directa, sin concentración

de los rayos solares. Además la temperatura del fluido a calentar está siempre por debajo del punto de ebullición del agua. Según los materiales y técnicas de captación empleadas se pueden distinguir tres tipos de colectores de baja temperatura: colectores de caucho, de placa plana, y de tubos de vacío.

Colectores de caucho Los colectores de caucho se componen de una gran cantidad de

diminutos tubos de dicho material por los que circula el agua a calentar. Están especialmente recomendados para el calentamiento de piscinas, ya que su temperatura de trabajo es del orden de 25ºC-35ºC, y no poseen ningún tipo de cubierta exterior, aislante, ni caja; por lo que las pérdidas son grandes, lo que limita su aplicación a otro tipo de instalaciones. Debido a su composición, estos colectores toleran bien el paso de aguas agresivas (agua de piscina clorada), pero aguantan mal las tensiones mecánicas (heladas), y los rasguños superficiales.

Colectores de placa plana Los colectores de placa plana son en la actualidad los más extendidos

comercialmente. Su temperatura de trabajo se sitúa en un rango de 50ºC-70ºC, por lo que están indicados para producir agua caliente para muy diversas aplicaciones: ACS, calefacción por suelo radiante, precalentamiento del fluido de entrada de una caldera, etc.

• Elementos que constituyen un colector de placa plana

- La cubierta exterior: Está formada habitualmente por un cristal de vidrio simple, aunque también pueden encontrarse cubiertas con cristal doble o incluso con materiales plásticos. Su función es producir el efecto invernadero, reducir las pérdidas por convección, y proporcionar estanqueidad al colector. - El absorbedor: Suele estar constituido por una placa metálica sobre la que se encuentra soldada una tubería de cobre formando un ‘serpentín’,

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4.- SOLUCIÓN 1: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

favoreciendo el intercambio de calor entre la placa y el fluido circulante. La función de la placa es absorber la máxima radiación solar posible y ceder el calor acumulado al ’serpentín’. Por ello, la superficie de la placa expuesta al sol se encuentra recubierta de pintura negra o bien ha sido sometida a un tratamiento especial de superposición de capas. - El aislante térmico: Es el material que recubre todos los laterales y la parte posterior del colector. Tiene por objeto minimizar las pérdidas térmicas a través de la carcasa. El material utilizado puede ser lana de vidrio, poliuretano, etc., con un grosor muy variable dependiendo del diseño del colector. - La carcasa: Es la caja exterior que alberga todos los componentes anteriores, proporcionando rigidez al colector y realizando el sellado de su interior. Generalmente es de aluminio, debido a su poco peso y resistencia a la corrosión.

Figura 4.2. Elementos de un colector solar de placa plana

• Funcionamiento de un colector de placa plana

La mayor parte de la radiación solar incidente atraviesa la cubierta

exterior y queda retenida en el interior del colector (efecto invernadero). Esta radiación es captada por la placa absorbedora, aumentando su temperatura, por lo que la placa comienza a ceder calor al ‘serpentín’ de tubos que está soldado a la misma. Progresivamente el fluido que circula por el interior del ‘serpentín’ aumenta su temperatura hasta alcanzar la temperatura de trabajo del colector.

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4.- SOLUCIÓN 1: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

Colectores de tubos de vacío Los colectores de tubos de vacío poseen un mejor rendimiento y

proporcionan mayores temperaturas que los colectores de placa plana, pudiendo llegar a temperaturas de trabajo de 100ºC. Por ello, la aplicación más habitual de este tipo de colectores es la generación de agua caliente para su aprovechamiento en procesos industriales o bien en una instalación de calefacción por radiadores convencionales, y para el precalentamiento del fluido de entrada de una caldera. Los principales inconvenientes que presentan estos colectores frente a los de placa plana son su elevado precio, y la mayor laboriosidad y cuidado que requiere su montaje.

• Funcionamiento de un colector de tubos de vacío

Estos colectores están formados por 10-20 tubos de vidrio en cuyo

interior se ha hecho el vacío. En el interior de cada tubo hay una tubería de cobre soldada a una placa rectangular, que absorbe la radiación solar y cede calor al fluido que circula por la tubería. Al igual que los colectores de placa plana, el funcionamiento de este tipo de colectores se basa en el efecto invernadero que se produce cuando la radiación solar atraviesa un vidrio. La diferencia, en este caso, está en que no se requiere de un material aislante, ya que el propio vacío de los tubos elimina totalmente las pérdidas térmicas hacia el exterior del vidrio. Por ello su rendimiento es siempre superior al de los colectores de placa plana, especialmente en condiciones de baja radiación solar.

Figura 4.3. Elementos de un colector de tubos de vacío.

• Clasificación colectores al vacío. Características.

Dentro de estos colectores de baja temperatura, según el rango de temperatura que necesitamos y debido a su mayor su rendimiento, hemos realizado el estudio con el tipo de colectores al vacío, para ver la

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4.- SOLUCIÓN 1: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

potencia máxima que podríamos producir con estos. Existen cuatro familias de colectores al vacío, y cada una depende de una técnica específica:

El colector al vacío de “circulación directa”.

En esta técnica, la concepción del absorbedor y de los tubos de circulación del fluido caloportador es como un captador plano. Sin embargo, el conjunto es suficientemente estrecho para ser deslizado en el interior de un tubo de vidrio. El aire en el interior es evacuado para hacer el vacío y el tubo es cerrado herméticamente. El principio es simple, pero la fabricación es difícil debido a las uniones vidrio/metal para la circulación del fluido.

Figura 4.4. Colector al vacío de circulación directa

Un ejemplo es el colector Vitosol 200 distribuido por Viessmann.

El colector al vacío de “Caloduc”.

En este caso, el intercambio tiene lugar siguiendo un mecanismo natural de evaporación y de condensación del fluido. Este instrumento de intercambio térmico es llamado caloduc. El caloduc esta en contacto con el absorbedor, éste permite el calor captado fuera del tubo para calentar un fluido en el colector. Los tubos deben estar inclinados con el fin de permitir la termocirculación del fluido en el caloduc.

Este tipo de colector consta de las siguientes partes:

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4.- SOLUCIÓN 1: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

1. Colector aislado en el interior de la cubierta de protección. 2. Condensador del caloduc

3. Circulación del agua en el colector. 4. Tubo de acero hermético 5. Absorbedor 6. Líquido descendente 7. Vapor ascendente 8. Tubo de cristal al vacío Figura 4.5. Colector Caloduc

Esta técnica ha sido desarrollada sobre todo por el fabricante británico Thermomax, que distribuye estos captores en el mundo entero.

El colector al vacío de efecto « Thermos ».

Es el principio de cubierta al vacío utilizado para guardar las bebidas calientes en una botella termo. El tubo interior sirve de absorbedor ya que la superficie es tratada para ser absorbente y selectiva. Esta capta la radiación solar, pero calentando, emite poca radiación infrarroja. El calor es transmitido fuera de la cubierta al vacío del tubo por la circulación de un fluido en contacto con el absorbedor o por un caloduc.

Figura 4.6. Colector Efecto Termos.

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4.- SOLUCIÓN 1: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

Esta técnica ha sido desarrollada primero por la Universidad de Sydney en Australia, actualmente es una técnica china. Uno de estos calentadores de agua más simple y más corriente en China es distribuido en Francia por la empresa Soleil Plus. De otras empresas europeas, por ejemplo, los colectores T-11 CPC, distribuidos en Francia por Solaire Connexion.

El colector al vacío « Schott ».

El tubo al vacío fabricado por la empresa Schott-Rohrglas Allemania utiliza el principio « thermos » pero con diversas perfecciones técnicas. Una parte de la pared interior del tubo exterior es un reflector cilíndrico y el tubo interior sirve tanto como absorbedor como intercambiador de calor con el fluido caloportador.

Figura 4.7. Colector al vacío “Schott”.

4.2.- Ventajas e inconvenientes de la energía solar térmica. Ventajas: - La energía solar térmica es una fuente energética gratuita e inagotable;

y mucho más respetuosa con el medio ambiente que las energías convencionales, ya que en el medio físico no existen afecciones, ni sobre la calidad del aire, ni sobre los suelos, como tampoco se provocan ruidos ni se afecta a la hidrología existente. Además los posibles impactos medioambientales en la fase de instalación no tienen un carácter permanente, desapareciendo en la fase de explotación.

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4.- SOLUCIÓN 1: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

- Las instalaciones solares térmicas tienen un carácter autónomo y

descentralizado, lo que representa un equilibrio estratégico sobre el suministro de energía y un desarrollo más sostenible.

- La utilización de la energía solar térmica proporciona una alta

rentabilidad económica. La vida útil de las instalaciones se encuentra en torno a los 15-20 años y los requerimientos de operación y mantenimiento son mínimos. En general, la instalación tiene unos gastos de mantenimiento comprendidos entre el 4% y el 10% de los ahorros económicos derivados del ahorro de combustible.

- Por término medio una instalación de colectores para generar ACS

conlleva una reducción del combustible consumido por los equipos convencionales del 40 al 60% dependiendo de varios factores de diseño, con el consiguiente ahorro energético y disminución del impacto medioambiental.

Inconvenientes: - El uso generalizado de la energía solar térmica se ve dificultado por los

altos costes de la instalación, y la técnica aún insuficiente en cuanto al almacenamiento de la energía, y la calidad y eficiencia de los materiales.

- La necesidad de una inversión inicial elevada es uno de los

condicionantes que más influyen, ya que realizar una instalación de energía solar térmica representa adelantar el pago de la energía futura a obtener del sistema, lo que constituye ya de por sí una barrera.

- En el sentido legislativo y normativo, el mercado solar térmico, hasta el

momento, no se ha encontrado suficientemente regulado por prescripciones que aseguren su correcto desarrollo. La falta de una normativa específica para este tipo de instalaciones produce frecuentemente un cierto recelo frente a la adopción de esta nueva tecnología.

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4.- SOLUCIÓN 1: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

- Todo el proceso necesario relacionado con las subvenciones que se han venido otorgando al sector durante años sufre de cierta rigidez. Igualmente, muchos programas de desarrollo y subvención no poseen la suficiente estabilidad, por lo que dan a lugar a ciertas incertidumbres en el mercado por falta de claridad en las condiciones de la inversión.

4.3.- Energía solar térmica en España y Europa.

Energía solar térmica en España. Según las cifras que maneja la Administración, en el año 2004 se

instalaron en España unos 90.000 m2 nuevos de energía solar térmica, esto supone un incremento del 50 % respecto al 2003. En total, en el periodo 1999 – 2004 se instalaron 359.164 m2. Este incremento ha sido liderado por las provincias de Andalucía (35 %), Cataluña (18 %) y Canarias (10 %). En cuanto a la superficie acumulada (700.433 m2), sobresalen Andalucía (30,8 %) y Canarias (13,7 %).

ASIT, la Asociación Solar de la Industria Térmica, estima que la realidad

puede ser algo diferente, incluso puede haberse llegado a los 100.000 m2 de energía solar térmica en 2004, ante la dificultad de cuantificar con exactitud los paneles instalados. Esta situación se explica, entre otras razones, en que hay quien instala “por libre”, sin condicionar su apuesta por la energía solar a recibir ayudas por parte de la Administración.

Sin embargo, este incremento no es suficiente para alcanzar el objetivo

previsto por el PER para finales de la década, (4.800.000 m2). Este crecimiento deberá ser pilotado por la entrada en vigor del código Técnico de la Edificación en enero de 2006, una norma de aplicación en todo el Estado que obligará a contar definitivamente con la solar térmica para la producción de agua caliente sanitaria y para calefacción.

Energía solar térmica en Europa.

El programa de Calefacción y Refrigeración Solar (Solar Heating and Cooling Programme) de la Agencia Internacional de la Energía, la mayor asociación mundial del sector, ha desarrollado una herramienta para expresar la potencia instalada de solar térmica de igual manera que las demás energías renovables, en vez de en metros cuadrados. Empleando esta nueva medida, a finales de 2004 ascendía a 70 GW la capacidad mundial instalada en energía solar térmica, lo que la convierte en una de las líderes de las renovables. Y su potencial es mucho mayor. Esta nueva tecnología usa un factor de 0,7 kW/m2 para convertir los metros cuadrados en kilovatios.

El 2006 ha aumentado considerablemente el uso de la energía solar térmica; las ventas de instalaciones solares térmicas en Europa han

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4.- SOLUCIÓN 1: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

incrementado en más del 35% a aprox. 1.900 megavatios de potencia calorífica. Los mercados de más dinamismo son Francia, Gran Bretaña y Alemania, que presentan tasas de crecimiento entre el 40 y el 70%. Estos logros han impulsado a la industria y a los investigadores a desarrollar conjuntamente una visión para el uso de la energía solar térmica en el año 2030 y a fundar la Plataforma Europea de la Tecnología Solar Térmica (ESTTP).

El dinamismo en el mercado europeo de energía solar térmica ha aumentado considerablemente en los últimos años. En Francia la tasa de crecimiento anual es de entre 50 y 100%. Se prevé que la potencia calorífica instalada anualmente pasará de los 150 megavatios (MW) de la actualidad a 700 MW en el 2010, que irá acompañado de una reducción de los impuestos del 50% para la inversión en una instalación solar térmica. En Italia se prevé un desarrollo similar que se quiere acompañar con la introducción de una reducción impositiva del 55% en el 2007. España persigue un objetivo igualmente ambicioso, que pretende conseguir mediante la obligación a incluir una instalación solar térmica en edificios de nueva construcción y en los que se hayan de rehabilitar. También en Gran Bretaña y en los mercados líderes de Austria y Alemania se prevé un ulterior crecimiento.

4.4.-Calculo potencia máxima con colectores al vacío. Como ya hemos comentado, según el rango de temperaturas del agua

que deseamos obtener (70 – 90 ºC), los colectores más adecuados en nuestro caso son los de baja temperatura. Dentro de éstos se han elegido los colectores al vacío debido a su mayor rendimiento con respecto a los otros tipos. A continuación se ha realizado un estudio de la potencia máxima que podríamos obtener con este tipo de colectores solares.

Para calcular la potencia máxima primero vamos a estudiar la superficie

disponible que tenemos para instalar dichos colectores. El edificio en el cual se encuentran los grupos fríos y calientes se trata de un edificio rectangular el cual consta de 8 módulos. Los dos módulos de los extremos tienen un ancho de 5’65 m, y el resto de 5’85 m cada uno. El ancho total es de 10 m. En los 2 módulos exteriores de cada lado existen ventanas y la chimenea de las calderas, con lo cual nos restan los 4 módulos interiores como superficie. Esto hace una superficie bruta disponible de 5’85*4*10 m2 = 234 m2. Sin embargo, nuestro techo tiene una leve pendiente de un 5 % hacia el este, lo cual nos desfavorece ya que la orientación e inclinación adecuada para un mayor aprovechamiento de la radiación recibida es al sur, 30-45 º. En el siguiente esquema se puede observar las distintas magnitudes:

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4.- SOLUCIÓN 1: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

5’65 5’65 5’85 * 6

Chimenea

5’85 * 4

N 10

Nota: cotas en m.

Figura 4.8. Planta del edificio del centro técnico de energía de ELYO

Hemos elegido un fabricante de cada una de las 4 técnicas que habíamos

visto de los colectores al vacío. En la tabla siguiente se reflejan las diferentes características técnicas de los diferentes tipos de módulos de los distintos fabricantes:

Fabricante y producto

Dimensiones mm/módulo

Superficie bruta

m2/módulo

Superficie absorción

m2/módulo

Rendimiento absorción %

* SD2,2 1418*2031*143 2,88 2,05 Viessmann

Vitosol 200 SD2,3 2127*2031*143 4,32 3,07 80,6

MS 20 1960*1420 2,78 2 Thermomax MS 30 1960*2120 4,15 3 96

Solaire Connexion T-11 CPC 1860*625*45 1,16 0,873 93

Schott ETC 16 1684*765*100 1,29 0,808 95

* Este rendimiento depende de la orientación, inclinación y superficie del absorbedor.

Tabla 4.1.Características técnicas de los distintos fabricantes de colectores al vacío. Con estos datos, se ha procedido al cálculo de la potencia máxima que se

podría obtener en el caso de poder aprovechar toda la superficie disponible con cada uno de los distintos fabricantes, y han sido reflejados en la siguiente tabla. Los criterios que se han seguido son descritos a continuación de la tabla.

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4.- SOLUCIÓN 1: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

Fabricante y producto

Potencia/m2

W/m2Número de

módulos

Superficie abs. total

m2

Potencia máx. kW

SD2,2 68 (20 tub/mod.) 139,40 112 Viessmann

Vitosol 200 SD2,3 806 48 (30

tub/mod.) 147,36 118

MS 20 85 (20 tub/mod.) 170,00 136

Thermomax MS 30 960 48 (30 tub/mod.) 144,00 138

Solaire Connexion T-11 CPC 930 200 174,60 162

Schott ETC 16 950 126 (16

tub/mod.) 133,32 126

Tabla 4.2.Potencia máxima posible según los distintos fabricantes de colectores al vacío. Criterios: Radiación solar estándar a 25 °C en Francia = 1000 W/m2. Superficie total techo disponible = 10 m* (23’4 m + 2 m) = 254 m2 (añadimos 1 metro más de cada módulo colindante) Inclinación óptima: 30° Potencia/m2 (W/m2) = 1000 W/m2 * Rendimiento absorción/100 Nº Módulos = (10000/ longitud módulo)*(25400/ ancho módulo) Superficie absorción total (m2) = Nº módulos * Superficie absorción (m2/módulo) Potencia máxima (kW) = Superficie abs. total (m2) * Potencia/m2 (W/m2)* 10-3

Como podemos observar las potencias máximas teóricas que podríamos

obtener son bastantes inferiores a las necesarias, las cuales habíamos estimado en torno a unos 600 kW. Si observamos la tabla, la potencia máxima se obtiene con el fabricante Solaire Connexion, y esta alcanza apenas los 170 kW. Además, en estos primeros cálculos no se ha tenido en cuenta la separación entre módulos, ya que deben tener una inclinación adecuada, y debe evitarse la sombra de unos módulos sobre otros. Para calcular esta distancia, a la cual llamaremos z, vemos que es función de:

ββα

sensen

lz ))(180( +−°=

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4.- SOLUCIÓN 1: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

β : altura del sol sobre el horizonte = 90°-22,5°-latitud. α : ángulo de inclinación de los colectores. l : altura de los colectores.

z

l α β

Figura 4.9. Distancia entre colectores z en función de los parámetros l, y β.

Para calcular β es necesario conocer la latitud de la zona, en nuestro caso,

Burdeos se encuentra a una latitud de 44°50’, que en grados es igual a 44,83°. Tenemos entonces: β = 90°-22,5°-latitud = 22,17°. Para calcular z,

ββα

sensen

lz ))(180( +−°=

ββα

sensenlz ))(180( +−

×=

Vamos a calcular la potencia real que podríamos obtener según esta

disposición de colectores. Nos hemos puesto en contacto con el fabricante Viessmann, con lo cual vamos a calcular la potencia en su producto Vitosol 200. En la práctica, en los techos, estos módulos son montados con una inclinación entre 35 y 45º. A continuación vamos a calcular la potencia máxima con las inclinaciones límites, 35 y 45º, y con cada uno de los distintos tipos de talla de Vitosol 200.

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4.- SOLUCIÓN 1: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

• α = 45°

44,217,22

))17,2245(180(=

+−°=

sensen

lz

- SD2,2 : 1418 * 2015 mm l =1418 mm z = 1418 * 2,44 = 3464 mm Nº módulos posibles en el ancho = 10000/2015 = 4 Nº módulos posibles en el largo = 25400/3464 = 8 Nº módulos totales = 8 * 4 = 32 Superficie total de absorción = 32 * 2,05m2 = 65, 6 m2

Potencia máxima = 65,6 m2 * 1000W/m2 * 0,806= 52874 W = 53 KW - SD2,3 : 2127 * 2015 mm l =2015 mm z = 2015 * 2,44 = 4917 mm Nº módulos posibles en el ancho = 10000/2127 = 4 Nº módulos posibles en el largo = 25400/4917 = 5 Nº módulos totales = 5 * 4 = 20 Superficie total de absorción = 20 * 3,07m2 = 61,4 m2

Potencia máxima = 61,4 m2 * 1000W/m2 * 0,806= 49488 W = 50 KW

• α = 35°

23,217,22

))17,2235(180(=

+−°=

sensen

lz

- SD2,2 : 1418 * 2015 mm l =1418 mm z = 1418 * 2, 23 = 3162 mm Nº módulos posibles en el ancho = 10000/2015 = 4 Nº módulos posibles en el largo = 25400/3162 = 8 Nº módulos totales = 8 * 4 = 32 Superficie total de absorción = 32 * 2,05m2 = 65, 6 m2

Potencia máxima = 65,6 m2 * 1000W/m2 * 0,806= 52874 W = 53 KW

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4.- SOLUCIÓN 1: ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

- SD2,3 : 2127 * 2015 mm l =2015 mm z = 2015 * 2, 23= 4494 mm Nº módulos posibles en el ancho = 10000/2127 = 4 Nº módulos posibles en el largo = 25400/4917 = 6 Nº módulos totales = 6 * 4 = 24 Superficie total de absorción = 24 * 3,07m2 = 73,68 m2

Potencia máxima = 73,68 m2 * 1000W/m2 * 0,806= 59386 W = 60 KW

Tras este estudio se observa que la potencia necesaria con este tipo de energía no satisface las necesidades energéticas de nuestra instalación. Esto se puede deber en parte a la poca superficie disponible que tenemos para disponer los colectores. También a que nuestras necesidades son demasiado elevadas para este tipo de instalaciones, ya que la producción de calor en este rango de temperatura suelen ser normalmente en instalaciones de uso particular, para la producción de agua caliente sanitaria y en algunos casos como sistema de calefacción. En un principio se había pensado la posibilidad de combinar la energía solar térmica con la caldera de biomasa, en caso necesario, para satisfacer las demandas energéticas. Sin embargo la potencia máxima que podríamos obtener con estos colectores es tan inferior a la que necesitamos que se ha descartado esta opción ya que la instalación de estos no saldría rentable.

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