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Calefacción solar térmica, energía renovable y rentable económicamente

13
Febrero
2017
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La calefacción solar térmica sirve principalmente para el consumo de agua caliente sanitaria y calentar tanto las viviendas como el agua de las piscinas.  Pero no nos engañemos, a pesar de tener las mismas funciones que una calefacción normal esta es muy especial, ya que cuida el medio ambiente reduciendo la emisión del CO2, pues utiliza las fuentes de energía renovable para su funcionamiento. A la larga esta clase de equipos provocan una gran optimización económica debido a que se pueden sustituir por los clásicos sistemas de calefacción primitivos: butano, gas natural, propano, etc.

calefaccion-termodinamica-solar.jpg

Ilustración de Supertiendasolar del Grupo Oscasolar S.L.

1. ¿Qué energía renovable utiliza la calefacción solar térmica para su funcionamiento? ¿En qué nos afecta esto?

La fuente de energía renovable que utiliza la calefacción solar Térmica, es la que su propio nombre indica, la termodinámica.Que consiste aprovechar el calor existente en el ambiente para generar energía. Esta fuente de energía llega a ser muy recomendada debido a su alta eficacia energética cuando la temperatura del ambiente oscila entre -10 º C y 40 º C. Esto quiere decir que existen un alto porcentaje de lugares donde se puede generar esta energía renovable, así que no solo las grandes empresas pueden beneficiarse de la calefacción solar térmica, sino también las viviendas unifamiliares, colectivas, plazas deportivas, etc.

2. ¿Cómo funciona la calefacción solar térmica?

La calefacción solar térmica obtiene la energía termodinámica a través de unas placas que se deben de colocar en el exterior de los edificios. Esas placas reciben el nombre de placas solares térmicas o placas termodinámicas, poseen un gas refrigerante (sin cloro) a muy baja temperatura (generalmente ronda los – 10 º). Este refrigerante va recorriendo el panel y al chocar con la temperatura del ambiente, que evidentemente es más cálida que la del gas, provoca que la diferencia de temperatura garantice que el fluido se evapore, generando la energía térmica.

funcionamiento-termodinamica-calefaccion.png

A) El líquido refrigerante que ronda los – 10º sale de la calefacción térmica solar para ir a la placa solar.

B) El líquido refrigerante al estar en la placa solar se pone en contacto con el calor.

C) El líquido refrigerante consigue energía térmica debido a las diferencia de temperatura respecto al medio. Al estar en contacto con el calor suele aumentar un poco más su temperatura, perfectamente de -10 º puede pasar a -5º.

D) El líquido vuelve a la calefacción nuevamente, esta vez con energía. Solamente puedes almacenar una cierta cantidad de energía para después poder usarla.

E) Utilizar el agua caliente o la calefacción, notaremos como la calefacción térmica solar hace su función.

F) El gas vuelve otra vez a enfriarse y repite el mismo ciclo

3. ¿Qué mantenimiento necesitan la calefacción solar térmica?

El mantenimiento de la calefacción solar térmica este sistema es sencillo, debido a que es un circuito cerrado. Lo que mayoritariamente hay que comprobar es si surgen fugas en el circuito.  Otra medida importante es verificar si el gas refrigerante que fluye por las placas termodinámicas está a la temperatura tan baja recomendada.

¿Es posible que el gas refrigerante cambie de temperatura? No si todo funciona bien. Sin embargo, la temperatura del medio ambiente es cambiante y cuanta más diferencia de temperatura exista entre el gas refrigerante y el medio ambiente, más energía se conseguirá. Por ello en los climas cálidos y en verano se consiguen mucha más energía térmica. Por esta misma regla de tres, podríamos plantearnos en poner la temperatura de este gas lo más fría posible para conseguir máximo rendimiento, no obstante, solo puede soportar una cantidad de frío sino puede dañarse el compresor.  

4. ¿Qué ventajas tiene la fuente termodinámica respecto a la solar?

En un principio, se cree que la fuente de energía renovable termodinámica y solar son muy parecidas, sin embargo, lo único que tienen en común ambas es que para obtenerlas se necesita utilizar paneles para absorber la fuente renovable (calor o luz) para luego convertirla en energía renovable.  A continuación, dejamos una lista de las ventajas de la termodinámica respecto a la solar:

La energía solar solo se puede obtener cuando es de día y las condiciones climatológicas son favorables, sin embargo, las placas termodinámicas son autosuficientes e independientes, pues obtiene energía renovable las 24h del día, sin importar que las condiciones atmosféricas sean desfavorables, aunque es cierto que obtienen más energía cuando hay mejor temperatura (más calor).  El motivo de esta ventaja se debe a que las placas solares no pueden funcionar con el gas refrigerante que hemos explicado en la segunda pregunta.

Las placas termodinámicas no tienen que ir instaladas en una dirección y orientación concreta a diferencia de las solares, ya que tal y como hemos explicado antes, la energía térmica se adquiere sea cual sea la circunstancia climatológica. Esto nos ayuda a poder darle más prioridad a la estética del edificio o de la casa en cuestión, las placas termodinámicas puedes colocarlas donde mejor te convenga, sin preocuparte por si funcionaran o no. No obstante, tal y como explicaremos en la siguiente pregunta, es cierto que se puede conseguir mucha más energía térmica para la calefacción solar térmica si priorizamos más otras cuestiones que no sean la estética.  

Las placas termodinámicas son más fáciles y flexibles de instalar, no solo porque es opcional dirigirlas hacia el sol como hacen las placas solares, sino porque pueden ser puestas tanto en vertical como en horizontal y en casi cualquier superficie sin necesidad de tener que reforzarla, esto se debe a que los paneles son ligeros.  

Las placas termodinámicas son fuertes y robustas, pueden durar más de 25 años. Esto se debe a que están hechas de chapa de aluminio.

Las placas termodinámicas en comparación a su competencia tienen poco mantenimiento. Sus acciones principales son comprobar que no existan fugas del circuito y que la carga de gas sea la correcta para estar a -5º bajo cero.  Esto ya lo hemos hablado en la pregunta 3.

 Las placas termodinámicas son de bajo coste económico en comparación a la solar, esto se debe a que su instalación y su mantenimiento son más sencillos tal y como se ha explicado.  

paneles-termoinamicos-termico.jpg

Recuerda que los paneles térmicos todavía no puede producir electricidad, para ello tendrías que usar paneles fotovoltaicos

5. ¿Cómo conseguir la máxima energía térmica para la calefacción solar térmica?

Aunque siempre se consiga energía térmica para que la calefacción solar térmica funcione en mayor o menor medida, es cierto que hay unas ciertas acciones que nos pueden ayudar a obtener la máxima energía térmica posible. Estas medidas son las mismas que se tienen en cuenta para colocar las placas solares. La energía térmica busca calor y la energía solar busca luz, por lo tanto, ambas buscan el sol:

Coloca las placas termodinámicas orientadas hacia el sur. Esta medida se debe a que el sol refleja la placa hacia las 12 del mediodía hora solar, tiempo donde el sol está más intenso. Exacto, el sol aporta más calor al ambiente y por ello se obtiene más energía térmica.

Evitar que las placas termodinámicas están en lugares de sombra debido a árboles, edificios, etc.  Invierno es la mejor época para comprobar si los lugares donde queremos colocar las placas tienen sombra.

En verano por norma general va a ser la época donde más energía puedas conseguir para la calefacción solar térmica, evidentemente esto se debe al calor. Cuanto más calor más energía. ¿Por qué sentimos más calor en verano? Porque el sol está más lejos de la tierra, haciendo que los rayos solares lleguen directamente y que existan más horas con luz.

La inclinación de las placas termodinámicas también es importante, ¿cuál es la inclinación que se tiene que tener en cuenta? Pues dependiendo de cuando vayamos a utilizar más la calefacción térmica:

En invierno los paneles se colocan sumándole 18º a la latitud del lugar. Por ejemplo, si Murcia tiene una latitud de 37° grados, debes colocar el panel a 55º.

- En verano los paneles se colocan restándole 18º a la latitud del lugar. Partiendo del ejemplo anterior, en Murcia tendrían que ser a 19 º.

La superficie radiante es lo que más ayuda para que la calefacción solar térmica tenga muchísima más energía para su funcionamiento. La incorporación de esta medida daría lugar a otra instalación optaba a las placas termodinámicas.

Evidentemente, el usuario de la calefacción solar térmica tendrá que elegir entre la estética del edificio o el conseguir la máxima energía térmica posible para la calefacción solar térmica.  Recuerda que cuantos más paneles térmicos se tenga más energía se podrá conseguir, así que en algunas ocasiones sale más rentable poner más paneles térmicos que el intentar optimizar unos pocos importunando la estética del edificio o casa.

energia-termica-solar-placas.jpg

 Ejemplo físico de una calefacción solar térmica

6. ¿Se puede conseguir cubrir el 100% de las necesidades de un hogar/edificio con la energía térmica?

La calefacción solar térmica no puede aportarnos una cobertura del 100% de toda la energía que se necesita, al final vas a tener que recurrir a otra fuente de apoyo. Como máximo se podría conseguir entre un 90 – 100% de agua caliente sanitaria y un 30 – 50 % de calefacción.  En términos generales se puede asegurar que se ahorraría como máximo un 70% de toda la energía que vayamos a utilizar.

No se recomienda cubrir el 100% de las necesidades energéticas en la calefacción, debido a que para ello se necesitaría una instalación demasiado costosa al inicio, además de que tendríamos que tener a nuestra disposición muchísima superficie para colocar tantos paneles, a la larga no repercute a un ahorro de energía considerable. Esto se debe a que necesitamos utilizar más la calefacción solar térmica en invierno (que es cuando menos energía térmica conseguimos) y no utilizamos tanto la calefacción solar térmica en verano (que es cuando más energía térmica obtenemos).

gas-energia-termica.jpg

La energía de apoyo se suele usar únicamente en los meses de más frío. En verano es raro tener que utilizarla

7. ¿Cuántos paneles térmicos necesitaríamos para cubrir cierto hogar o negocio?

Advertimos que esto puede ser muy variante, ya que entra en juego muchísimas variantes dependiendo de la persona, del negocio, del hogar, de la localidad… así que para algo más preciso puedes hacernos una consulta aquí. No obstante, dejamos unos datos aproximados de lo que necesitaríamos:

Factor

Lo que necesitas

Lo que conseguirías

En una superficie entre 150 a 200 m2 (con suelo radiante

Con unos 6 a 8 captadores

100% de agua caliente sanitaria y un 15 – 35 % de calefacción

Para una vivienda de 3 personas

1 panel

(entre 3 y cuatro metros cuadrados de superficie de captación)

Para una vivienda entre 3 a 5 personas

2 paneles

(entre 3 y cuatro metros cuadrados de superficie de captación)

Para una vivienda entre 5 a 7 personas

3 paneles

(entre 3 y cuatro metros cuadrados de superficie de captación)

Para una vivienda entre 7 a 9 personas

4 paneles

(entre 3 y cuatro metros cuadrados de superficie de captación)

Para saber cómo cubrir el 100 % de agua caliente sanitaria podemos hacer la siguiente fórmula, teniendo en cuenta los litros de agua que gastamos:

Superficie de captación (m2)

45 – 55

Paneles (4 m2)

11- 13

Volumen acumulado (L)

3.000

Producción solar

450 – 600

Fracción solar

60- 75

O sea, en este ejemplo podríamos ser un hotel que gasta 3.000 litros de agua al día.  Evidentemente esto es una hipótesis extremadamente variable, la producción y fracción solar es muy cambiante dependiendo del sitio, la temperatura, el ambiente, etc.

8. ¿Cuánto me puede costar? ¿Cuándo me puede salir rentable?

El coste de una calefacción solar térmica, depende de muchas cosas. No obstante, como referencia podría ser entre 600€ 1.000€ por cada m2 de captación.  Poniendo el ejemplo anterior, por 3.000 litros de agua caliente pueden costarte entre 550- 750 €. Así que vemos una inversión en 4 y 5 años aproximadamente.

9. ¿Qué sistema de apoyo debo de utilizar?

Hay mucha gente que cree que su sistema de apoyo ante la energía térmica puede ser la misma que ya emplean, pero esto no es cierto. Algunas veces simplemente hay que modificarla añadiendo un calefón solar o unas válvulas que permita un funcionamiento automático una vez que escasea la energía térmica.

Las más usadas como apoyo son la electricidad, el gasóleo y la más recomendada que es el gas natural.

10. ¿Cuántas clases de instalación de paneles termodinámicos existen?

Podemos clasificar en 3 clases de instalación dependiendo de la temperatura de agua caliente que busquemos:   

1.Instalación de baja temperatura: calienta entre 80 º C

2.Instalación de media temperatura: calienta entre 250 ºC

3.Instalación de alta temperatura: calienta entre 1.000 ºC

Se piensa que como el agua puede alcanzar una gran temperatura existe el riesgo de quemarse accidentalmente, pero esto no debe de ser un problema si la instalación está bien ejecutada y se sigue el mantenimiento recomendado y los cuidados del fabricante.

calefacción-termodinamica-solar.jpg

Calentador Solar de Agua 180 litros con Resistencia Incluida de Solis Power

11. ¿Cuáles son las clases de paneles termodinámicos que existen?


Existen solamente dos clases: los sistemas termosifón y los sistemas forzados. La elección de uno u otro depende de las necesidades y los problemas que tenga el usuario que desee comprar unos paneles termodinámicos.

Sistema termosifón

Sistema forzado

Se instalan directamente sobre el tejado

Se colocan en estancias interiores ayudando a mantener la belleza del entorno

- Eficiente

+ Eficiente

-Se colocan en horizontal

-El depósito está a la intemperie, aumentando las pérdidas térmicas

-Se colocan en vertical favoreciendo la estructura de agua caliente

-No tienen limitada la capacidad

+ Económico

- Económico

-Es menos pesado y más sencillo de instalar

-Apenas requiere mantenimiento

-Tiene menos componentes y por lo tanto más sencillo de manejar

-Tiene más elementos que el sistema termosifón y son más caros

-Requiere mayor atención de mantenimiento

-Requiere un gasto eléctrico mínimo para el funcionamiento de bombas y aparatos de control

En conclusión: es mejor el sistema forzado, pero requieren más tiempo y más coste que el sistema termosifón

Para finalizar dejamos un vídeo muy ilustrativo y más explicativo de cómo funciona la energía solar térmica:


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