Energia Solar Termica

TTULOEnerga solar trmica

DIRECCIN TCNICAInstituto para la Diversificacin y Ahorro de la Energa

AUTOR DE APIAJos Manuel Lpez-Czar

AGRADECIMIENTOSSe agradecen todas las aportaciones de documentacin fotogrfica que aparecen en este manual

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Este manual forma parte de una coleccin de 7 ttulos dedicados a las energas renovables; uno decarcter general y seis monografas sobre las diferentes tecnologas.

La coleccin es fruto de un convenio de colaboracin firmado por el Instituto para la Diversificacin yAhorro de la Energa (IDAE) y la Asociacin de Periodistas de Informacin Ambiental (APIA).

Esta publicacin ha sido producida por el IDAE y est incluida en su fondo editorial, dentro de la SerieManuales de Energas Renovables.

Cualquier reproduccin, total o parcial, de la presente publicacin debe contar con la aprobacin del IDAE.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

IDAEInstituto para la Diversificacin y Ahorro de la EnergaC/ Madera, [email protected]

Madrid, octubre de 2006

INTRODUCCIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1 EL SOL, FUENTE INAGOTABLE DE ENERGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.1 El Sol y la Tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.2 La Radiacin solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.3 Soleamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2 SITUACIN ACTUAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.1 La energa solar trmica en el mundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.2 Situacin en Europa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.3 Situacin en Espaa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3 TECNOLOGAS Y APLICACIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.1 Cmo se aprovecha la energa solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.2 Funcionamiento de una instalacin solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.3 Elementos principales de una instalacin solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Captadores solares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Sistema de distribucin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Almacenamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Sistema de apoyo convencional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.4 Usos y aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Produccin de agua caliente sanitaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Sistemas de calefaccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Climatizacin de piscinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Refrigeracin en edificios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Usos en la industria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Otras aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.5 Aspectos tcnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Tecnologas de baja temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Tecnologas de media y alta temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

3.6 Aspectos econmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Es rentable la energa solar? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

Cunto cuesta una instalacin solar? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

En cunto tiempo se puede amortizar la inversin? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

Cules son los costes de operacin o mantenimiento? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

La energa solar sera competitiva sin subvenciones pblicas? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4 VENTAJAS DE LA ENERGA SOLAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.1 Beneficios ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

4.2 Arquitectura bioclimtica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

4.3 Beneficios socioeconmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

Energa Solar Trmica

5 EJEMPLOS DE INSTALACIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

6 EL FUTURO DE LA ENERGA SOLAR TRMICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

6.1 Plan de Energas Renovables en Espaa 2005-2010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

6.2 Cdigo Tcnico de la Edificacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

6.3 Ordenanzas municipales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

6.4 Ventajas fiscales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

7 SABER MS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

7.1 Origen de la arquitectura bioclimtica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

7.2 Breves apuntes histricos sobre la energa solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

7.3 Curiosidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

ANEXOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

I. Legislacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

II. Direcciones de inters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

III. Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

Energa Solar Trmica

7El Plan de Energas Renovables 2005-2010, aprobado en agosto de 2005 en Consejo de Minis-tros, tiene como objetivo bsico que en el 2010 el 12% de la energa primaria consumida enEspaa provenga de energas renovables.

Para cubrir este objetivo, en el caso de las solar trmica a baja temperatura (objeto de estagua) establece la instalacin de 4,2 millones de metros cuadrados en el perodo 2005-2010.

Este objetivo es ambicioso, pero alcanzable si se ponen en marcha un conjunto de medidas in-novadoras, a desarrollar en los prximos aos de acuerdo con lo previsto en el Plan. Entre estasmedidas destacan la reciente aprobacin del Cdigo Tcnico de la Edificacin, la continuidadde apoyos pblicos a la inversin en este tipo de instalaciones, el apoyo a la aprobacin denuevas ordenanzas municipales y el apoyo a la mejora de los captadores y modernizacin delas lneas de fabricacin.

El desarrollo de la energa solar en Europa pasa por el apoyo institucional para las nuevas apli-caciones. As, desde la Comisin Europea se estn promoviendo programas y directivas deapoyo a la produccin de calor y fro con energa solar. Esta ltima aplicacin tiene un gran fu-turo en Espaa, por lo que se estn empezando a realizar proyectos demostrativos quepermitan difundir la aplicacin y ganar experiencia en la ejecucin de instalaciones.

Introduccin

Energa Solar Trmica8

No obstante, el desarrollo de la energa solar en un futuro prximo va a ser a travs de las apli-caciones ya consolidadas, como el agua caliente sanitaria, la climatizacin de piscinas y lacalefaccin.

Asimismo, la energa solar va a tener su principal desarrollo en las reas urbanas. Por ello, losprofesionales que desarrollan su actividad en este importante mercado tienen que conjugar lasencillez en el diseo con la calidad y minimizacin del impacto de la instalacin, tareas difci-les de conjugar en numerosas ocasiones, pero que sern la clave para conseguir ganar labatalla de la integracin arquitectnica de la energa solar trmica.

Este manual nace como consecuencia de la necesidad de clarificar aspectos bsicos sobre laenerga solar trmica, profundizar en algunos temas para el que ya ha estudiado superficial-mente esta energa y, en general, para todo el mundo interesado en la diversificacin de laenerga a travs de esta tecnologa.

Por ello, este manual describe los aspectos tcnicos, econmicos y administrativos de laenerga solar trmica con un lenguaje claro y sencillo, con el objetivo de satisfacer al mayornmero posible de ciudadanos.

Adems, se analiza el panorama nacional e internacional de la energa solar trmica, incluyen-do informacin sobre legislacin, contactos de inters y casos concretos de instalaciones deproduccin de agua caliente sanitaria y climatizacin de piscinas en viviendas y edificios pbli-cos, y que actualmente estn en funcionamiento en Espaa.

1El Sol, fuenteinagotable deenerga

1.1 El Sol y la Tierra

Desde que en 1957 la por entonces Unin Sovitica lanzaseel Sputnik I hemos tenido la oportunidad de contemplar enmiles de ocasiones la Tierra desde el espacio. Pese a que lasimgenes que llegan por satlite nos dan la sensacin de quenuestro planeta es un globo autnomo de luz y color que flo-ta en un espacio oscuro, nada ms lejos de la realidad. Locierto es que no es posible entender la vida en nuestro pla-neta sin la influencia del exterior.

La Tierra es slo un mundo pequeo en la rbita de una es-trella que, aunque es de lo ms corriente en la inmensidaddel universo, resulta fundamental para nuestra existencia.Y es que casi toda la energa de que disponemos provienedel Sol. l es la causa de las corrientes de aire, de la evapo-racin de las aguas superficiales, de la formacin de nubes,de las lluvias y, por consiguiente, el origen de otras formasde energa renovable, como el viento, las olas o la biomasa.Su calor y su luz son la base de numerosas reacciones qu-micas indispensables para el desarrollo de las plantas, de

1El Sol, fuenteinagotable deenerga

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los animales y, en definitiva, para que pueda haber vida so-bre la Tierra.

El Sol es, por tanto, la principal fuente de energa para todoslos procesos que tienen lugar en nuestro planeta. Localizadoa una distancia media de 150 millones de kilmetros, tieneun radio de 109 veces el de la Tierra y est formado por gas amuy alta temperatura. En su ncleo se producen continua-mente reacciones atmicas de fusin nuclear que conviertenel hidrgeno en helio. Este proceso libera gran cantidad deenerga que sale hasta la superficie visible del Sol (fotosfe-ra), y escapa en forma de rayos solares al espacio exterior.

Se calcula que en el interior del Sol se queman cada segun-do unos 700 millones de toneladas de hidrgeno, de las que4,3 millones se transforman en energa. Una parte importan-te de esta energa se emite a travs de los rayos solares alresto de planetas, lunas, asteroides y cometas que compo-nen nuestro sistema solar. Ms concretamente, hasta la

Tierra llega una cantidad de energa solar equivalente a 1,7x1014 kW, lo que representa la po-tencia correspondiente a 170 millones de reactores nucleares de 1.000 MW de potenciaelctrica unitaria, o lo que es lo mismo, 10.000 veces el consumo energtico mundial.

Si tenemos en cuenta que las previsiones actuales apuntan a que, en los prximos 6.000 millo-nes de aos, el Sol tan solo consumir el diez por ciento del hidrgeno que contiene en suinterior, podemos asegurar que disponemos de una fuente de energa gratuita, asequible a to-dos (cualquier pas puede disponer de ella) y respetuosa con el medio ambiente, por unperiodo de tiempo prcticamente ilimitado.


La Tierra vista desde el espacio.Imagen del Meteosat 2.

(Foto cedida por Agencia SolarEuropea (ESA))

1.2 La radiacin solar

Cualquier persona que quiera aprovechar la energa solardebe ser capaz, en primer lugar, de responder a la preguntade qu cantidad de energa llegar al lugar donde prev rea-lizar la captacin; o sea, qu irradiancia solar recibir porunidad de superficie. Para ello, habr que empezar por saberqu es y cmo se comporta la radiacin solar, as como cun-ta energa es posible captar en funcin de la regin delmundo en la que nos encontremos.

Como punto de partida debemos tener en cuenta que la luz esuna de las formas que adopta la energa para trasladarse deun lugar a otro. En el caso del Sol, los rayos solares se propa-gan a travs del espacio en forma de ondas electromagnticasde energa. Este fenmeno fsico, ms conocido como radia-cin solar, es el responsable de que nuestro planeta reciba unaporte energtico continuo de aproximadamente 1.367 W/m2.Un valor que recibe el nombre de constante solar y que, alcabo de un ao, equivaldra a 20 veces la energa almacenada en todas las reservas de combus-tibles fsiles del mundo (petrleo, carbn).

Sin embargo, no toda la radiacin que llega hasta la Tierra sobrepasa las capas altas de la at-msfera. Debido a los procesos que sufren los rayos solares cuando entran en contacto con losdiferentes gases que componen la atmsfera, una tercera parte de la energa solar intercepta-da por la Tierra vuelve al espacio exterior, mientras que las dos terceras partes restantespenetran hasta la superficie terrestre. Este hecho se debe a que las proporciones de vapor deagua, metano, ozono y dixido de carbono (CO2) actan como una barrera protectora. Una capa

El Sol, fuente inagotable de energa13

En el interior del Sol se queman cadasegundo unos 700 millones de

toneladas de hidrgeno. (Imagencedida por la ESA)

de proteccin que, entre otras cosas, permite que no se produzcan cambios de temperatura de-masiado extremos en la superficie terrestre, as como que exista agua lquida desde hace milesde millones de aos.

A la prdida de aporte energtico que se produce en las capas superiores de la atmsfera hayque aadir otras variables que influyen en la cantidad de radiacin solar que llega hasta un

punto determinado del planeta. Como es de imaginar, no to-das las superficies reciben la misma cantidad de energa. As,mientras los polos son los que menor radiacin reciben, lostrpicos son los que estn expuestos a una mayor radiacinde los rayos solares. Esto tiene su explicacin en el grado deinclinacin de nuestro planeta con respecto al Sol (23,5). Laintensidad de radiacin no ser igual cuando los rayos sola-res estn perpendiculares a la superficie irradiada quecuando el ngulo de incidencia sea ms oblicuo, tal y comoocurre en los polos.

La declinacin del Sol, pues, es la razn de que los mayoresvalores de radiacin no se produzcan en el ecuador sino enlatitudes por encima y por debajo de los trpicos de Cncer yCapricornio. En estas zonas es donde los rayos solares sonms perpendiculares y atraviesan una capa atmosfrica msfina hasta llegar a su destino.

Pero para establecer, con exactitud, la cantidad de energa que se puede aprovechar en un si-tio concreto, tambin habr que tener en cuenta otros aspectos como la hora del da, laestacin del ao y muy especialmente las condiciones atmosfricas. En los das nublados dis-minuir considerablemente la intensidad de la radiacin y por lo tanto el aporte energtico que


Equinoccio de primavera21 de Marzo

Solsticio de verano21 de Junio

Equinoccio de otoo21 de Septiembre

Solsticio de invierno21 de Diciembre

= + 23,450

= - 23,450

Orbita terrestre alrededor del Sol. Eleje de la Tierra est inclinado en unngulo de 23,5

pueda recibir una instalacin de energa solar trmica. Aunque la relacin entre las variacionesen la nubosidad y la radiacin solar es compleja, probablemente este factor es el ms impor-tante a la hora de poder calcular la energa que llega a un punto concreto de la superficieterrestre.

Esto no quiere decir que en zonas donde hay menos horas de sol, como el norte de Europa, laenerga solar constituya un aporte energtico desdeable. La suma de la radiacin solar direc-ta y la radiacin difusa en ciudades como Berln, Hamburgo o Zurich alcanzan valores mediosde 1.000 KWh/m2 lo que equivale, para hacernos una idea, a entre 110 y 115 litros de gasolinapor m2 y ao. Por radiacin solar directa entendemos aquella que llega a la superficie sin ha-ber sufrido cambios de direccin (por ejemplo, la luz cegadora al mirar el Sol), mientras quecon radiacin difusa nos referimos a la que llega a la superficie sin orientacin determinada(das cubiertos).

La suma de todas las variables anteriormente mencionadas nos permiten conformar el mapasolar de una regin determinada del planeta y establecer qu cantidad de energa media po-dremos captar para su uso en el mbito domstico, industrial, etc.

En el caso concreto de Espaa se juntan todos los requisitos para ser uno de los pases euro-peos con mayor capacidad para recoger la energa del Sol: una situacin geogrficaprivilegiada, con una climatologa envidiable. Situada entre los 36 y los 44 latitud Norte,nuestro pas recibe una intensidad de radiacin solar muy superior a la de otras regiones delplaneta (incluso por encima de las zonas ecuatoriales). Adems, Espaa se ve particularmentefavorecida con respecto a otros pases de Europa por la gran cantidad de das sin nubes quedisfruta al ao. No en vano, sobre cada metro cuadrado de suelo inciden al ao una media de1.500 kWh de energa, cifra similar a la de muchas regiones de Amrica Central y del Sur.


En el norte deEuropa el aporteenergtico no es,a pesar de la menorcantidad de horasde sol, nadadesdeable

1.3 Soleamiento

Segn la forma de recoger la radiacin solar podremos obtener energa trmica o transformar-la en electricidad, dependiendo de la tecnologa utilizada en cada caso. El calor se logramediante los captadores solares trmicos, mientras que la electricidad, por lo general, se con-sigue a travs de los llamados mdulos fotovoltaicos. Ambos procesos nada tienen que verentre s, ni en cuanto a su tecnologa ni en su aplicacin.

Puesto que en esta gua nos centraremos exclusivamente en el aporte de energa generado porinstalaciones solares trmicas, a la hora de efectuar un estudio de viabilidad habr que consi-derar, sobre todo, el nmero de horas de sol, ya que los captadores solares obtendrnrendimientos muy superiores cuando los rayos les alcancen de forma directa. Por el contrario,para los paneles fotovoltaicos se deber tener ms en cuenta los valores de radiacin difusa,porque estos paneles aprovechan mucho mejor la energa dispersa, incluso en condiciones decielo cubierto.

Visto lo visto, Espaa tiene ante s un amplio potencial de desarrollo de energa solar trmica,con una media de 2.500 horas de sol aseguradas al ao. La poca nubosidad, la baja humedadambiental, el clima seco y la incidencia de los rayos solares, hacen que nuestro pas obtengaunos valores de radiacin directa envidiables.

An as, existen evidentes diferencias entre las distintas comunidades espaolas. Segn losdatos disponibles, existe un gran contraste entre las comunidades del Cantbrico, que rondanlas 1.700 horas de sol al ao, y las mediterrneas, que alcanzan las 2.750 horas de sol anua-les. Estas diferencias estn motivadas por la presencia de varias zonas climticas en el interiorde la Pennsula Ibrica, lo que explica porqu algunas zonas del norte de Espaa reciben me-nos horas de sol que incluso regiones del centro de Europa, como Viena, con 1.890 horas desol al ao.


Las provincias del sur de Andaluca y Canarias son las que concentran mayor nmero de horasde sol anuales, alcanzando las 3.000. Teniendo en cuenta que en la actualidad no se aprove-cha ni el 10% de la energa que nos ofrece el Sol, las posibilidades de desarrollo sonrealmente espectaculares.


19402897

17802175

15202803

11702047 1270

1881

13502289 1180

1771

11001710

14502734

11501744

15602723

15302329

14702538

15802724

14802703

14102583

15502756

15502630

17002975

18002780

16302769

14802705

16002854

16802698

16002940

16102784

16102795

16902858

15002488 1530

2749

14202215

12802047

15402681 1370

2477

14102444

15302616

15202862

17802818

16702773

17003023

16702831

17103052

11401647

11001830

11501640

14502576

13802372

14902510 1540

2462

14702730

Mapa solar en Espaa. La cifrasuperior representa la energa enKWh que incide por m2. En la inferiorel nmero de horas de sol al ao

2Situacinactual

2.1 La energa solar trmica en el mundo

La contribucin de la solar trmica al consumo energticomundial sigue siendo muy escasa todava, pese a que empie-zan a percibirse ciertos sntomas de cambio que permiten serms optimistas de cara al futuro. Al creciente inters de losciudadanos por este tipo de soluciones hay que sumar lasayudas e incentivos que se han puesto en marcha en muchospases del mundo y la reduccin de precios de los captadoressolares en algunos mercados especialmente activos comoChina o Japn. Una situacin que pone de manifiesto que es-tamos ante una tecnologa madura que ha experimentado unsignificativo avance durante los ltimos aos.

En la actualidad la capacidad de energa solar instalada enel mundo supera a la de otras renovables con altos ndicesde desarrollo, como es el caso de la energa elica. Con unapotencia instalada de 98,4 GW trmicos a finales de 2004(Datos del Solar Heat Worldwide 2004, considerando 41pases que representan el 57% de la poblacin mundial yel 85-90% del mercado mundial de solar trmica), la solar

2Situacinactual

21

trmica ha alcanzado unos niveles de popularidad impensables hace tan solo unos aos. Y noexclusivamente por lo que a la produccin de agua caliente se refiere, sino tambin en cuantoa la calefaccin de viviendas.

A da de hoy la mayor parte de los captadores solares instalados en el mundo tienen como fi-nalidad la produccin de agua caliente para uso domstico. A esta aplicacin se destinan losesfuerzos de la mayora de los mercados nacionales importantes, aunque el tipo y el tamaode las instalaciones, as como el porcentaje total de la demanda que cubre, vara en funcin dela zona del mundo a la que hagamos referencia.

El aporte de energa solar en sistemas de calefaccin es el segundo en importancia; una apli-cacin que resulta especialmente interesante en pases fros y que se utiliza cada vez conmayor frecuencia tanto para viviendas familiares como para todo tipo de instalaciones colecti-vas. Se trata de una opcin cada vez ms valorada en pases como China, Australia, NuevaZelanda o Europa, donde se entiende la edificacin desde una perspectiva global en la que laenerga solar puede ofrecer soluciones integradas en muy diversos mbitos, y la calefaccinconstituye siempre un potencial muy atractivo.

Finalmente entre las aplicaciones de la energa solar trmica en el mundo cabe tambin destacarla climatizacin del agua para piscinas. Esta aplicacin sigue teniendo gran importancia en pa-ses como Estados Unidos, Canad, Australia y Austria, aunque en los ltimos aos ha perdidoparte de su mercado, despus de un periodo en el que se han registrado fuertes crecimientos.

Por lo que respecta al reparto de la energa solar trmica por pases, el mercado mundial con-tinua bajo el dominio de China. Se calcula que aproximadamente el 40% de los captadoressolares colocados en el mundo se encuentran en este pas. Despus de alcanzar una gran acep-tacin en pequeos municipios durante las dcadas de los aos 80 y 90, la energa solartrmica en la Repblica Popular China ha penetrado con fuerza en ciudades de medio y gran ta-mao como Shangai o Tianjin. Hoy, 10 millones de familias disponen de agua caliente gracias


al Sol, lo que supone un ahorro de 6,3 millones de toneladas de carbn al ao, que evita la emi-sin de ms de 13 millones de toneladas de CO2.

A China le siguen Japn, Turqua, Alemania e Israel con altos ndices de crecimiento en los lti-mos aos. Entre ellos, llama especialmente la atencin el desarrollo de la energa solar en Israel,donde alrededor del 85% de las viviendas estn equipadas con captadores solares trmicos,como resultado de una ley de hace 20 aos que requiere que todos los edificios de menos de 20metros de altura deban estar dotados de sistemas solares trmicos en los tejados.

Ms espectacular si cabe resulta el caso de Chipre. El pas que recientemente se ha incorpora-do a la Unin Europea es el que ms cantidad de energa solar trmica aporta por habitante enel mundo, con 431 kWth (kW trmico) por cada 1.000 habitantes. En este pas ms del 90% delos edificios construidos estn equipados con captadores solares trmicos, lo que representams del doble de la capacidad instalada por habitante en otros pases europeos con gran tra-dicin solar, como Grecia o Austria.

2.2 Situacin en Europa

Europa representa tan solo el 9% del mercado mundial de energa solar trmica con una po-tencia instalada de 10.000 MWth (MW trmico) a finales de 2004, o lo que es lo mismo, untotal de 14 millones de m2 de captadores solares en funcionamiento. El impulso que ha reci-bido esta industria durante los ltimos aos, es lo que ha permitido dar un paso firme en elobjetivo comn de alcanzar los 100 millones de m2 de superficie instalada que se pretendenconseguir en el horizonte de 2010.

Aunque los objetivos contemplados por la Comisin Europea en su Libro Blanco todava estndemasiado lejos, lo cierto es que los primeros aos de este nuevo milenio han resultado deci-sivos para el despegue definitivo de la tecnologa solar trmica en Europa. Algo que no habra

Situacin actual23

Europa representatan solo el 9%del mercadomundial de energasolar trmica

sido posible sin el empuje solar de pases como Alemania, Grecia, Austria y Espaa que, en con-junto, representan el 78% de la capacidad instalada en Europa (Datos del Informe de laFederacin de la Industria Solar Trmica Europea de Junio de 2005).

El uso de los captadores solares para producir agua caliente, al igual que ocurre en el resto delmundo, es la aplicacin preferida por los europeos, seguida de la calefaccin y de forma muypoco significativa la climatizacin de piscinas, que slo tiene cierta importancia en Austria oAlemania. En pases del norte de Europa tambin destaca el uso de colectores de aire para ca-lentar el espacio, en especial en Suiza, con un total de 581 MWth producidos con estatecnologa, Noruega con 287 MWth instalados, y a ms distancia Finlandia.

Precisamente, la investigacin de nuevas tecnologas de origen renovable es una de las seasde identidad del mercado europeo. Los pases de la Unin Europea son los que estn condu-ciendo el desarrollo de la industria solar trmica en la mayora de las reas tecnolgicas. Sinembargo, esto podra dejar de ser as pronto, a no ser que los pases de la Unin se decidan aampliar significativamente la capacidad de energa solar instalada en cada uno de los merca-dos nacionales que forman parte de la Europa de los 25.

Con el objeto de fomentar el uso de esta fuente renovable frente a otras opciones menos res-petuosas con el entorno, la mayora de pases europeos conceden ayudas pblicas a empresasy particulares. El objetivo de stas es aumentar significativamente el parque solar a travs deincentivos econmicos que hagan ms atractiva la energa solar trmica al usuario. El tipo deapoyo pblico ms usual son las subvenciones directas, en cuantas que varan del 20% al60%, como es el caso de Austria, Alemania, Dinamarca, Espaa, Holanda o Suecia. El ltimo ensumarse a esta forma de potenciar la energa solar trmica es Francia, donde se ha puesto enmarcha el Plan Soleil, que permite deducir de la declaracin de la renta ms del 40% de loscostes de instalacin. Una iniciativa que ya empieza a dar sus frutos y que ha generado gran-des expectativas a corto y medio plazo.


La investigacin denuevas tecnologas

de origen renovablees una de las seas

de identidad delmercado europeo

Por su parte, Alemania contina con el programa Marktanreiz que tan buenos resultados leha dado desde principios de los aos 90 y que le ha llevado a colocarse como lder indiscutibleen Europa, con 4.000 MW trmicos instalados y una superficie de 5,7 millones de metros cua-drados. El 80% del mercado domstico en este pas corresponde a instalaciones-tipo para aguacaliente sanitaria (ACS) en viviendas familiares, aunque tambin se estn empezando a poten-ciar los sistemas solares de gran tamao para suministrar calor a edificios comerciales,industrias, hospitales e incluso barriadas enteras.

Grecia es el segundo pas europeo en importancia en cuanto a volumen de mercado se refiere.Con un 14% del total de la superficie instalada en la Unin Europea, el pas heleno dispone deun tejido solar que abastece de agua caliente a uno de cada cuatro habitantes. Despus de va-rias dcadas en las que el gobierno ha apoyado con decisin la instalacin de paneles solaresmediante incentivos fiscales y a travs de campaas de publicidad en medios de comunicacin,actualmente se han suspendido todos los privilegios con los que contaba esta tecnologa en elpasado. Sin embargo, esta medida no ha repercutido en la demanda que, en 2004, aument un34% respecto al ao anterior. Esto pone de manifiesto el grado de satisfaccin de los helenoscon la energa solar trmica y su confianza en esta tecnologa para producir agua caliente.

2.3 Situacin en Espaa

Espaa es el cuarto pas europeo en el aprovechamiento de la energa solar trmica, por delantede pases como Italia, Francia o Gran Bretaa. Con un 6% del total del mercado europeo, nuestropas ha alcanzado la madurez tecnolgica y comercial tras ms de 20 aos de experiencia.

No obstante, el desarrollo de la energa solar en Espaa se ha producido a un ritmo muy des-igual a lo largo de las ltimas dcadas. A finales de la dcada de los 70 y principios de los 80se empezaron a dar los primeros pasos en el desarrollo de esta energa. Durante los primeros

Situacin actual25

aos, coincidiendo con la crisis energtica que se encontraba en su mayor intensidad entonces,se crearon unas expectativas sobre la utilizacin de la energa solar quizs demasiado sobre-dimensionadas para las posibilidades reales de aquellos momentos. Al abrigo de las buenasperspectivas del mercado surgieron un gran nmero de empresas, tanto de fabricacin de cap-tadores solares como de instaladores, que no en todos los casos contaban con las suficientesgarantas tcnicas de calidad y fiabilidad de los equipos para ofrecer este tipo de servicios.Esto provoc que algunas instalaciones no dieran los resultados previstos y, lo que es peor, lasensacin de que la energa solar trmica ofreca baja durabilidad, mal rendimiento y proble-mas frecuentes para el usuario.

As, durante el ltimo tramo de este periodo se produjo un estancamiento del mercado y unaseleccin natural tanto de los fabricantes como de los instaladores, que llev al cese de sus ac-tividades a aquellos que no estaban lo suficientemente preparados para dar servicios decalidad en este mercado.

Posteriormente, en el periodo que va desde 1985 a 1995, los precios energticos sufrieron unfuerte descenso y la sensacin de crisis energtica desapareci. Las entidades relacionadascon las instalaciones solares que continuaban en el mercado se afianzaron y la demanda se es-tabiliz a un nivel de aproximadamente 10.000 m2 por ao.

Durante este periodo se produjeron avances significativos en los aspectos de calidad y garant-as ofrecidos tanto por los instaladores como por los fabricantes de equipos. Tambin se mejornotablemente el mantenimiento de las instalaciones. Cabe mencionar la aparicin de nuevosconceptos, como la "garanta de resultados solares", por el que al usuario se le aseguraba laproduccin de una cantidad de energa con un sistema solar que, de no alcanzarse, se compen-saba pagndole la diferencia entre la energa garantizada y la energa realmente producida porsu instalacin. Otra novedad fue la introducida en el Programa Prosol de la Junta de Andalu-ca, consistente en el "pago a plazos" de la inversin. Hoy en da este tipo de facilidades en la


financiacin se han extendido al resto del territorio espaol, a la vez que se han puesto enmarcha otros mecanismos para favorecer la instalacin de captadores solares mediantesubvenciones directas.

En esta ltima dcada, la aportacin de energa solartrmica ha aumentado considerablemente en nuestropas, sobre todo, gracias a las ayudas pblicas (lneaICO-IDAE, CC.AA., y ordenanzas municipales), a la ma-durez del mercado en todos los sentidos, y a lasgrandes posibilidades que ofrece esta tecnologa enun pas con tantas horas de sol al ao como Espaa. Delos 10.000 m2 nuevos que se instalaban cada ao en ladcada de los 90, hemos pasado a crecimientos me-dios por encima de los 60.000 m2 en los primeros aosde 2000, hasta llegar a los 90.000 en el ao 2005.

Con todo, nuestro pas an se encuentra lejos de losobjetivos nacionales fijados en el Plan de Energas Re-novables (PER), que plantea alcanzar una superficie instalada de 4,9 millones de metroscuadrados para el ao 2010. Para ello, la entrada en vigor del Cdigo Tcnico de la Edificacin,que obliga a instalar un aporte de energa solar para agua caliente en todas las viviendas denueva construccin, junto a las medidas ya puestas en marcha con anterioridad, darn un im-pulso definitivo a un mercado con excelentes perspectivas a medio y largo plazo.

En la actualidad, el principal cliente de energa solar en Espaa es el usuario particular que so-licita la instalacin de captadores solares de baja temperatura para el consumo de aguacaliente sanitaria. En segundo lugar se encuentran los hoteles y restaurantes, en los que exis-te un creciente inters por este tipo de soluciones energticas.

Situacin actual27

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

01990 1998 1999 2000 2001 2002

Datos provisionales. Fuente: IDAE

Evolucin del mercado espaol 1990-2005

2003 2004 2005 2010

5000

4500

261,8 341,3 362,6 403,1 455,1522,6 610,4

700,4 795,5

4.900

Plan de Energas Renovables2005 - 2010

Adems de estos dos grupos de consumidores, que son los que ms aportan al total de la su-perficie instalada en Espaa, en general, se puede decir que existen buenos ejemplos enmltiples sectores y para todo tipo de aplicaciones posibles, pudiendo mencionar las instala-ciones en centros educativos, centros deportivos, centros sanitarios, albergues, campings,servicios pblicos, industrias, etc.

En cuanto al reparto del mer-cado por zonas geogrficas,las comunidades autnomascon mayor superficie instaladason aquellas que cuentan conun clima ms favorable para elaprovechamiento de la energasolar trmica. En este sentidodestacan por sus cuotas departicipacin en el mercadoAndaluca, Catalua, Canarias,Baleares, la Comunidad Valen-ciana y Madrid, segn ordende importancia. Tambin seobserva una mayor concentra-cin de instalaciones solaresen zonas tursticas o de altonivel de renta.


Datos provisionales. Fuente: IDAE

14.184 m2

236.892 m2

3.626 m2 11.999 m2

24.290 m2

70.255 m2

47.734 m27.535 m2

108.699 m2

11.006 m2

13.573 m2

7.994 m2

56.258 m2

247 m2

98.049 m2

81.532 m2

1.596 m2

65 m236 m2 795.571 m2

TOTAL

Distribucin de la superficie de energa solar trmica en Espaapor captadores instalados a finales de 2005

3Tecnologas yaplicaciones

3.1 Cmo se aprovecha la energa solar

La energa solar trmica aprovecha la radiacin del Sol paracalentar un fluido que, por lo general, suele ser agua o aire.La capacidad de transformar los rayos solares en calor es,precisamente, el principio elemental en el que se basa estafuente de energa renovable.

La conversin de la energa luminosa del Sol en energa calo-rfica se produce directamente de forma cotidiana, sin quesea necesaria la intervencin del hombre en este proceso. To-dos hemos realizado, en alguna ocasin, el experimento dequemar un papel con la ayuda de una lupa. La lupa concen-tra los rayos solares en un punto determinado de susuperficie (foco). Esta concentracin de rayos (y por tanto deenerga) produce un rpido aumento de la temperatura delpapel, provocando su combustin.

Este ejemplo tan sencillo de llevar a la prctica, a la vez quetan vistoso por sus resultados, nos permite comprobarcmo la radiacin solar se transforma en energa calorfica

3Tecnologas yaplicaciones

31

de manera inmediata. Pero, en realidad, ni siquiera ser necesario concentrar los rayos sola-res para conseguir la conversin trmica perseguida. Cualquier materia experimenta unaumento de temperatura de modo natural al estar expuesta a la radiacin solar. Mientras unasuperficie negra absorber toda la radiacin visible (por esa razn la vemos negra), una blan-ca reflejar toda la radiacin que llega hasta su superficie, por lo que su incremento detemperatura ser muy poco significativo.

En el caso de una instalacin trmica, los captadores solares se valdrn de superficies de coloroscuro para absorber la mayor cantidad de radiacin solar posible. As, en das soleados, bas-tar con que los rayos solares incidan directamente sobre nuestro sistema de captacin paraobtener el aporte energtico que necesitamos para su uso en muy diversas aplicaciones. Esos, habr que evitar que la energa obtenida pueda perderse instantes despus si realmentequeremos sacar provecho de esta fuente de energa tan beneficiosa para el ciudadano por susventajas medioambientales y su grado de autonoma.

Con el objetivo de evitar fugas de energa, los sistemas de captacin solar imitan los procesosnaturales que tienen lugar en la Tierra, donde la radiacin solar atraviesa con facilidad nuestraatmsfera hasta llegar a la superficie terrestre. Cuando la tierra y el mar se calientan por estemotivo, irradian la energa que han absorbido en longitudes de onda ms largas. Parte de la ra-diacin de onda larga vuelve a la atmsfera, que la absorbe y la reirradia de nuevo a lasuperficie terrestre en un efecto rebote. Esto es lo que se conoce como efecto invernadero,un fenmeno que impide, entre otras cosas, que la temperatura de la Tierra pueda ser de 30 a40 C ms baja de lo que es en la actualidad.

Este mismo fenmeno, a otra escala ms modesta, es el que se aplica en los invernaderos para elcultivo de plantas y, por supuesto, en los sistemas de captacin de energa solar. El cristal, comola atmsfera de nuestro planeta, tiene la propiedad de ser atravesado fcilmente por las ondascortas de los rayos solares, al mismo tiempo que se comporta como un muro impenetrable ante


En das soleadosbastar con que los

rayos solaresincidan directamente

sobre nuestrosistema de captacin

las radiaciones de onda larga. Cuando los rayos solares atraviesan una superficie acristalada seproduce un aumento de temperatura en el interior del habitculo. Entonces, el cristal actuarcomo una trampa de calor que impedir que la energa calorfica pueda salir al exterior.

Cualquier sistema de captacin solar se basar, pues, en combinar el efecto de cuerpo ne-gro con el efecto invernadero, con lo que, por un lado, se consigue aprovechar gran partede la radiacin que llega hasta una instalacin solar, y por otro, impedir la fuga de calorasuna vez ganadas.

3.2 Funcionamiento de una instalacin solar

El principio elemental en el que se fundamenta cualquier instalacin solar trmica es el deaprovechar la energa del Sol mediante un conjunto de captadores y transferirla a un sistemade almacenamiento, que abastece el consumo cuando sea necesario.

Este mecanismo tan sencillo al mismo tiempo que eficaz, resulta muy til en mltiples aplica-ciones, tanto en el mbito domstico como en el industrial. Baste con sealar algunas de ellascomo el agua caliente para uso domstico, el aporte de energa para instalaciones de calefac-cin, el calentamiento de agua para piscinas, o el precalentamiento de fluidos en distintosprocesos industriales, para darnos cuenta del beneficio de esta energa para la humanidad.

As, la posibilidad de captar la energa del Sol desde el lugar que se necesita, junto con la ca-pacidad de poder almacenarla durante el tiempo suficiente para disponer de ella cuando hagafalta, es lo que hace que esta tecnologa sea tan ampliamente aceptada en muchas partes delmundo. No en vano, la nica contribucin del hombre para aprovechar esta fuente de energaes canalizar y retrasar el proceso natural que ocurre a cada instante en la superficie terrestre,por el que la radiacin solar se convierte en energa trmica.

Tecnologas y aplicaciones33

El procedimiento actual que se lleva a cabo en cualquier instalacin solar consiste en absorberla energa trmica contenida en los rayos solares. Una vez que el fluido que circula en el inte-rior del captador se calienta, hay que evitar su enfriamiento a travs de un aislamiento trmicolo ms eficaz posible. Por ejemplo, si el fluido de trabajo es el aire, se le puede hacer circularentre piedras que se calientan y son capaces de devolver este calor al aire fro. Tambin se pue-de, y es el caso ms habitual, mantener el calor de una masa de agua por medio de un tanquede almacenamiento bien aislado.

Ahora bien, cualquiera que sea el procedimiento utilizado, lo cierto es que se puede pensaren acumular cantidades importantes de energa durante largos periodos de tiempo (almace-namiento estacional). No obstante, los depsitos de almacenamiento terminan por perder laenerga trmica conseguida a lo largo del tiempo, por lo que el funcionamiento de nuestrainstalacin tambin estar condicionado por la cantidad de radiacin solar que llega hasta el

captador y por la demanda de energa de cada mo-mento. Generalmente se dimensiona para que laacumulacin solar sea la demandada por los usua-rios en un da.

Para evitar posibles restricciones energticas enaquellos periodos en los que no hay suficiente radia-cin y/o el consumo es superior a lo previsto, casi latotalidad de los sistemas de energa solar trmicacuentan con un aporte de energa extraordinario. Enestas ocasiones, entrar automticamente en funcio-namiento un sistema de calentamiento auxiliar quepermite compensar el dficit existente. Este sistemade apoyo utilizar los medios energticos convencio-nales, como el gas, la electricidad o el gasleo.


Radiacinsolar

Colector Intercambiador

Acumulador

Consumo

Agua frared

Circuito secundarioCircuito primario

Esquema bsico de una instalacin solar de baja temperatura conaplicacin de agua caliente sanitaria

En la actualidad, una instalacin de energa solar cubre del 50 al 80% del total de la demandade agua caliente sanitaria de una vivienda, aunque en zonas de gran soleamiento a lo largo delao (por ejemplo el sur de Espaa), el porcentaje de aporte puede ser superior. El resto se su-ple con un sistema de apoyo energtico.

La razn por la que las instalaciones solares no se disean para cubrir el 100% del consumo esporque, de hacerse as, sera necesario instalar costosos sistemas de acumulacin de energaa largo plazo que haran econmicamente inviable este tipo de equipos.

Mantenimiento

Una instalacin solar bien diseada y correctamente instalada no tiene porqu ocasionar pro-blemas al usuario. De hecho, el grado de satisfaccin entre los usuarios actuales es muyelevado, tal y como ha quedado reflejado en mltiples ocasiones.

El hecho de introducir este apartado obedece ms bien a que en una instalacin solar es convenien-te realizar unas ciertas labores de mantenimiento, de un alcance parecido a las correspondientes acualquier otro tipo de sistemas de calefaccin o de agua caliente sanitaria. Este factor conviene te-nerlo presente a la hora de valorar la posibilidad de adquirir una instalacin solar.

Como ocurre con cualquier otra tecnologa, la situacin y conservacin del equipo dependerdel uso que se haga de l. Con un breve seguimiento rutinario ser suficiente para poder ga-rantizar el correcto funcionamiento del sistema durante toda su vida til.

Las revisiones a cargo del propietario consistirn en observar los parmetros funcionales prin-cipales, para verificar que no se ha producido ninguna anomala con el paso del tiempo. Porsu parte, la empresa instaladora tendr la responsabilidad de intervenir cuando se produzcaalguna situacin anormal y efectuar un mantenimiento preventivo mnimo peridicamente.Este mantenimiento implicar la revisin anual de aquellas instalaciones con una superficie


Una instalacinsolar bien diseaday correctamenteinstalada no tieneporqu ocasionarproblemas alusuario

de captacin inferior a 20 m2, o una revisin cada seis meses para instalaciones con superficiede captacin superior a 20 m2. (Frecuencia especificada por el Cdigo Tcnico de la Edificacin).

En las revisiones que lleve a cabo la empresa instaladora no se contempla la inspeccin del sis-tema de energa auxiliar propiamente dicho. Dado que no forma parte del sistema de energasolar, slo ser necesario realizar las actuaciones previstas para asegurar el buen funciona-miento entre ambos sistemas, as como comprobar el correcto estado de sus conexiones,derivando a la empresa responsable del sistema adicional la inspeccin del mismo.

En cualquier caso, el plan de mantenimiento debe realizarse por personal tcnico especializa-do que conozca la tecnologa solar trmica. Con la instalacin tambin se facilitar un libro demantenimiento en el que se reflejan las operaciones ms importantes a realizar, as como laforma de actuar ante posibles anomalas.

3.3 Elementos principales de una instalacin solar

Captadores solares

Se han diseado distintas y avanzadas versiones de captadores solares trmicos con el objeti-vo de incrementar la cantidad de energa absorbida y disminuir las prdidas. Aunque los mscomunes son los captadores planos, que utilizan como fluido el agua, en la actualidad tambinse comercializan otros tipos de captadores que cuentan con gran aceptacin en el mercado. En-tre ellos cabe destacar el captador solar de vaco, que consigue temperaturas ms elevadas defuncionamiento, y los captadores solares de aire, que se utilizan fundamentalmente en los cli-mas fros para calentar el espacio.

A continuacin se detallan algunas de las caractersticas de los captadores solares ms empleados


hoy en da para aprovechar la energa trmica de baja temperatura; o sea, la que se utiliza conven-cionalmente para uso domstico y que trabaja con temperaturas que no sobrepasan los 100 C detemperatura.

El principio de funcionamiento del captador plano se basa en una trampa de calor que con-juga el efecto de cuerpo negro con el efecto invernadero. Gracias a este sistema decaptacin se consigue absorber la mayor parte de la radiacin solar que llega hasta la superfi-cie y devolver la menos posible.

Los captadores planos, destinados por lo general a la produccin de agua caliente sanitaria, es-tn recubiertos de una caja hermticamente cerrada. En la cara superior de esta caja se colocauna superficie acristalada que deja atravesar la radiacin solar e impide que se pierda la ga-nancia trmica obtenida. Generalmente la carcasa que envuelve al equipo de captacin esmetlica, aunque en algunos casos puede ser de plstico especial o de algn otro material.

En el interior del sistema captador se encuentra la placa absorbedora, que es el lugar donde serealiza la captacin de la radiacin solar propiamente dicha. Fabricada con materiales que con-ducen bien el calor (aluminio, cobre, planchas metlicas), esta placa tiene un funcionamientoparecido al de un radiador: con una disposicin de tubos que cuentan con una toma por don-de entra el fluido a calentar y otra de salida.


Imgenes de un captador plano (izquierda)y un captador de vaco (derecha)

Pese a que existe un gran nmero de diferentes configuraciones de tubos internos, los tradicio-nales suelen utilizar los de tipo serpentina o los de tubo paralelo. Estos consisten en variostubos de cobre, orientados en forma vertical con respecto al captador, en contacto con una pla-ca de color oscuro que transfiere el calor al fluido circulante. El contacto entre la placaabsorbedora y el tubo por donde circula el fluido no tiene porqu ser un elemento crtico delcaptador siempre que est bien sellado con cualquiera de las tcnicas de soldadura disponi-bles en estos momentos en el mercado.

Las dimensiones de los captadores solares son muy diversas y van desde los 0,5 m2 los mspequeos, hasta los 8 m2 los ms grandes, siendo la medida ms habitual en torno a los 2 m2.

En cuanto al rendimiento de los captadores solares, resulta difcil precisar qu cantidad deenerga se podr obtener en cada momento, puesto que este tipo de captadores de baja tem-peratura carecen de cualquier forma de seguimiento de la posicin del Sol a lo largo del da, ycaptan tanto la radiacin directa como la difusa con resultados muy variables.


Juntas Estancas

Cubierta Protectora

Lmina Reflectante

Placa Absorbedora

Aislamiento Trmico

CarcasaImgenes de un captador detubos paralelo (izquierda) y un

captador de serpentn (derecha)

En lneas generales, la eficiencia de los captadores sola-res vendr definida por su curva de rendimiento, quepermite saber cul es la cantidad de energa que podre-mos aprovechar en cada situacin (tal y como se puedeapreciar en la figura). Al respecto, existe una normativaoficial para la homologacin de estos equipos en la quese evala la curva caracterstica de los diferentes mode-los. Esta valoracin se realiza sobre captadores nuevos, yde forma puntual, no siendo representativa del compor-tamiento del captador a lo largo de su vida til, ya que sueficacia podr evolucionar de diferente manera con elpaso del tiempo, en funcin de su mantenimiento, etc.


0,8

0,6

0,4

0,2

00 0,2 0,4

Grfico: curv a de rendimiento de un captador solary frmulas de medicin del rendimiento.

0,6

1

0,57r

t

0,8 1

r = a - bxTdonde:

r = rendimiento o eficiencia del captador. Un mayor valor de r supone un captador demejores prestaciones.

a = parmetro caracterstico del captador (eficiencia ptica) (punto de corte con el ejeY). Valores mayores suponen una mayor ganancia solar del captador.

b = parmetro caracterstico del captador (prdidas por radiacin y convenccin) (pen-diente de la recta). Valores menores suponen menores prdidas de la energa captada.

T = parmetro variable que representa las condiciones ambientales y de trabajo del cap-tador. Se define como proporcional a la diferencia entre la temperatura de entrada delfluido y la temperatura ambiente, dividido entre la irradiancia.

Curva de rendimiento de un captadorsolar (arriba) y frmulas de medicindel rendimiento (izquierda)

Similares a los captadores planos, los captadores solares de vaco pueden llegar a ser ms efi-cientes en unos determinados rangos de temperatura, aunque tambin ms costosos. Estoscaptadores consiguen sacar el mximo provecho a las instalaciones trmicas, que trabajan atemperaturas por encima de los 60 C. Los captadores de vaco estn consiguiendo gran popu-laridad en climas fros y en el sureste asitico; sobre todo en China, uno de los pases con mstradicin en la generacin de vatios trmicos de energa solar.

La principal diferencia respecto a los planos reside en los conductos que absorben la energadel Sol. stos estn recubiertos de un tubo al vaco que deja pasar la radiacin solar, a la vezque evita las prdidas de energa con mayor precisin que otros sistemas de captacin.

No obstante, dentro de los captadores de vaco se han desarrollado distintas tecnologas yexiste una gran variedad de calidades y precios.

En cualquier caso, a la hora de decantarnos por uno u otro captador, lo primero a considerar escul de ellos se adapta mejor a nuestras circunstancias y para qu aplicacin lo vamos a utili-zar. En general, para las condiciones medias de Espaa y para la produccin de agua calientesanitaria, los captadores planos son suficientes para dar servicio en unas condiciones ptimaspara un aporte del 50-80%.

Sistema de distribucin

El sistema de distribucin es el que se encarga de transportar el fluido caliente contenido enlos captadores solares hasta el punto de consumo. Existen diferentes circuitos de distribucin,dependiendo de las necesidades que pretendamos satisfacer o las condiciones climticas dellugar donde vamos a realizar la captacin.

En Espaa, los ms utilizados para viviendas son los sistemas de distribucin de circuito cerra-do, ya sean con termosifn o circulacin forzada. Es decir, aquellos que cuentan con un sistema


de doble circuito en el que el fluido que transita por el captador es diferente al que corre a tra-vs del tanque de almacenamiento.

Pero sepamos algo ms sobre los diferentes sistemas de circulacin disponibles en el merca-do que tienen como principal cometido impedir que se pierda la energa trmica obtenida enlos captadores solares:

Instalaciones de circuito abierto. Estos sistemas transfieren directamente el aguacaliente producida en el captador solar hacia el depsito de acumulacin. El funcio-namiento de estos equipos es muy simple: cuando el captador es calentado por elSol, el agua aumenta de temperatura desplazndose hacia arriba. Una vez en el de-psito de almacenamiento, ste se vaca con una cantidad equivalente de agua msfra que se dirige al captador.


Esquemas de una instalacin de circuito abierto (izquierda) y circuito cerrado (derecha)

La principal ventaja de los sistemas de estas caractersticas es que resultan ms econmicos,ms sencillos de fabricar, de instalar e incluso obtienen mejores rendimientos energticos.Por el contrario, el principal inconveniente de las instalaciones de circuito abierto es que alutilizar como nico fluido de circulacin el agua se corre el riesgo de rotura en periodos de he-ladas o la posibilidad de graves problemas de incrustaciones por la calidad de las aguas.

Para evitar este tipo de problemas, en el caso de las obstrucciones en el sistema de capta-cin habr que utilizar ciertos aditivos o dispositivos electrnicos. Por su parte, ante lasheladas estacionales ser necesario vaciar el circuito durante la poca ms fra del ao, yaque el volumen del hielo es mayor que el del agua lquida y puede llegar a producir daosimportantes en el equipo. Por este motivo, las instalaciones de circuito abierto son emple-adas en lugares donde no se dan heladas a lo largo del ao (zonas costeras de pases


Esquemas de una instalacin de circulacin natural (izquierda) y circulacin forzada (derecha)

clidos), o bien en aplicaciones temporales (establecimientos de hostelera de temporada,piscinas descubiertas).

Instalaciones de circuito cerrado. En este caso existen dos circuitos: el circuito prima-rio del sistema captador y el circuito secundario donde se encuentra el sistema dealmacenamiento. En el circuito primario se introduce un lquido especial que circulapor dentro del captador y transmite calor al agua del tanque de almacenamiento pormedio de un intercambiador de calor. Lo que se pretende con el sistema de doble cir-cuito es evitar que el agua del depsito se pueda mezclar con el lquido del captador.As, es posible colocar un componente anticongelante que permita su uso en zonasdonde las temperaturas bajen de cero grados.

Circulacin forzada de agua. Los sistemas de circulacin forzada estn basados en unabomba de impulsin movida por un aporte exterior de energa elctrica; un gasto quedeberemos tener en cuenta a la hora de optar por este tipo de mecanismos. La bombade circulacin colocada en el sistema de captacin tiene como principal funcin trans-ferir el fluido circulante ms rpidamente, impidiendo as que se pueda perder partede las caloras ganadas en el proceso de distribucin.

La utilizacin de esta bomba tambin permite interrumpir la transferencia de calorcuando el agua de los captadores no circule ms caliente que la que se encuentra enel depsito. Este sistema es muy comn en climas fros, donde cualquier prdida decaloras puede restar eficacia a la instalacin solar. Este tipo de circulacin se utilizapara instalaciones solares de cualquier tamao.

Circulacin natural o con termosifn. Estos sistemas tienen la ventaja de no contar conbombas de impulsin, aprovechando la circulacin natural del agua caliente, que pornaturaleza tiende a ascender. Los sistemas con termosifn son muy utilizados en reasgeogrficas con climas ms clidos. Estos sistemas de circulacin slo se utilizan parainstalaciones solares pequeas.


Si se quiereaprovechar almximo la energadel Sol es necesarioalmacenarla parautilizarla cuandose precise

Almacenamiento

Sin duda, la energa que se recibe del Sol no siempre coincide con las pocas de mayor consu-mo. Por ese motivo, si se quiere aprovechar al mximo la energa que nos concede el Sol, sernecesario acumular la energa en aquellos momentos del da que ms radiacin existe, parautilizarla posteriormente cuando se produzca la demanda.

Lo habitual es almacenar la energa en forma de calor en depsitos especialmente diseadospara este fin. Segn las caractersticas especficas del tanque de almacenamiento y los materia-les con los que haya sido fabricado, podremos conseguir guardar las caloras ganadas durantems o menos tiempo; desde unas horas (ciclo de la noche al da), hasta dos das como mximo.

Por norma general, darn mejores resultados aquellos depsitos que tienen forma cilndrica,en proporciones de uno de ancho por dos de alto. Esto se debe al fenmeno de estratificacinpor el que el agua caliente disminuye su densidad y tiende a ascender por encima del agua fra,que pesa ms. Cuanto mayor sea la altura del depsito, mayor ser tambin la diferencia detemperatura entre la parte superior e inferior del tanque de almacenamiento.

Del mismo modo, tambin ser importante tener en cuenta la capacidad de acumulacin del de-psito a utilizar, que deber mantener un equilibrio conforme a la superficie de captacin solar.Si el depsito fuera demasiado pequeo se desperdiciara parte de la energa obtenida, mientrasque si fuera demasiado grande no conseguiramos alcanzar las temperaturas adecuadas de fun-cionamiento. Por eso existe una proporcin adecuada entre los metros cuadrados de la superficiede captacin y las dimensiones del tanque de almacenamiento. El depsito de acumulacin msapropiado para los niveles de radiacin que se dan en Espaa y para agua caliente sanitaria, esel de 60 litros por metro cuadrado en las regiones con menos horas de sol y de 100 litros por m2

en las zonas con mayor intensidad de soleamiento.

Pueden encontrarse muchos tipos de depsitos para agua caliente en el mercado, siendo losmateriales de construccin ms adecuados el acero, el acero inoxidable, el aluminio y la fibra


de vidrio reforzado. La adecuada eleccin del material de construccin tiene especial importan-cia porque uno de los problemas ms importantes de las instalaciones solares es la calidad delagua, que puede producir corrosiones en el tanque de almacenamiento. En general no es acon-sejable efectuar una instalacin solar con dos materiales de distinta naturaleza, ya que sefavorece la creacin de pares galvnicos.

La corrosin puede prevenirse tambin mediante sistemas electrnicos especificados en las ca-ractersticas de diseo, o insertando el denominado nodo de sacrificio que debe sercambiado peridicamente.

Los depsitos acumuladores, con el fin de disminuir las prdidas, estn recubiertos de un ma-terial aislante, pudiendo adems recubrirse con una funda para incrementar su durabilidad.

Sistema de apoyo convencional

El sistema de energa auxiliar es un elemento imprescindible en toda insta-lacin solar si no se quieren sufrir restricciones energticas en aquellosperiodos en los que no hay suficiente radiacin y/o el consumo es superiora lo previsto. Para prevenir estas situaciones, casi la totalidad de los siste-mas de energa solar trmica cuentan con un apoyo basado en energas"convencionales". La fuente de apoyo es muy variable, aunque en generales recomendable que se encuentre vinculada a un sistema de control. Algu-nos sistemas de apoyo son:

Elctricos, sobre todo para equipos pequeos, en los que la ener-ga se suministra dentro del acumulador mediante una resistencia.

Calderas de Gas o Gasleo. Este tipo de apoyos, segn el diseode la instalacin, pueden provenir de las instalaciones preexisten-tes (adecuadamente modificadas) o bien realizarse de modo


simultneo a la instalacin solar. En todo caso, y dependiendo de las demandas a sa-tisfacer (puntuales, prolongadas, estacionales...) es posible emplear sistemas decalentamiento instantneo o sistemas provistos de acumulador independiente uotros acumuladores intermedios.

En cualquier caso, siempre ser necesario que exista un mecanismo de control adecuado quegestione correctamente la instalacin, con el fin de reducir al mximo la entrada en funciona-miento del sistema de energa de apoyo. El sistema de control estar basado en un conjunto desondas y/o vlvulas automticas, que en funcin de la temperatura del acumulador solar, de latemperatura del acumulador auxiliar si lo hubiera, y de la temperatura de uso activarn el sis-tema auxiliar o no y en diferente grado en el caso de los sistemas modulantes.

3.4 Usos y aplicaciones

La energa solar trmica es una alternativa muy interesante en una gran variedad de aplicacio-nes, entre las que se encuentra el agua caliente sanitaria, la calefaccin, la climatizacin depiscinas, o la produccin de calor en multitud de procesos industriales.

A la larga lista de usos plenamente probados y contrastados tras varias dcadas de experiencia,hay que aadir otros que empiezan a tener grandes expectativas de desarrollo a corto y medioplazo, como es el caso de la refrigeracin de ambientes por medio de procedimientos solares.

Produccin de agua caliente sanitaria

El agua caliente sanitaria es, despus de la calefaccin, el segundo consumidor de energa denuestros hogares: con un 20% del consumo energtico total (Datos de la Gua prctica de la ener-ga. Consumo eficiente y responsable publicada por IDAE). La cantidad de energa que dedicamos


a satisfacer estas necesidades es lo suficientemente importante comopara detenernos por un momento a considerar cul es el sistema de aguacaliente que mejor se ajusta a nuestras circunstancias.

En la actualidad la energa solar trmica ofrece una solucin idnea parala produccin de agua caliente sanitaria, al ser una alternativa completa-mente madura y rentable. Entre las razones que hacen que estatecnologa sea muy apropiada para este tipo de usos, cabe destacar losniveles de temperaturas que se precisan alcanzar (normalmente entre 40y 45 C), que coinciden con los ms adecuados para el buen funciona-miento de los sistemas solares estndar que se comercializan en elmercado. Adems, hacemos referencia a una aplicacin que debe satisfa-cer a lo largo de todo el ao, por lo que la inversin en el sistema solar se rentabilizar msrpidamente que en el caso de otros usos solares, como la calefaccin, que slo tienen utilidaddurante los meses fros.

Con los sistemas de energa solar trmica hoy en da podemos cubrir el 100% de la demanda deagua caliente durante el verano y del 50 al 80% del total a lo largo del ao; un porcentaje que pue-de ser superior en zonas con muchas horas de sol al ao, como por ejemplo el sur de Espaa.

Para satisfacer la mayor parte de las necesidades de agua caliente, el propietario de una vivien-da familiar tendr que instalar una superficie de captacin de 2-4 m2 y un depsito de 100-300litros, en funcin del nmero de personas que habiten en la vivienda y la zona climtica espa-ola en la que se encuentre.

El grado de desarrollo y comercializacin de estos sistemas de produccin de agua caliente es talque ha llevado a esta aplicacin a convertirse en la ms popular de cuantas ofrece la tecnologasolar en nuestros das. Y es que su uso no slo se limita a las viviendas unifamiliares, sino tam-bin a edificios vecinales, bloques de apartamentos, hoteles, superficies comerciales y oficinas.


Sistemas de calefaccin

La posibilidad de satisfacer, al menos parcialmente, la necesidad de calefaccin de edificiospor medio de la energa solar constituye siempre un potencial atractivo, mxime si tenemos encuenta el elevado coste que tiene mantener una temperatura agradable en una vivienda duran-te los meses de invierno.

Gracias a los ahorros de energa de ms del 25% que se pueden llegar a alcanzar, en el centroy en el norte de Europa resulta muy habitual emplear este tipo de instalaciones para cubrir par-te de la demanda de calefaccin. Adems, estos equipos suelen ser compatibles con laproduccin de agua caliente sanitaria, existiendo elementos de control que dan paso a la cale-faccin una vez que se han cubierto las necesidades de agua caliente, o bien aprovechando elcalor del fluido que circula en el captador para calentar el espacio cuando la calefaccin funcio-na a temperaturas menos elevadas.

El principal inconveniente con el que se encuentran los usuarios que optan por un sistema decalefaccin de estas caractersticas es la temperatura de trabajo a alcanzar. Mientras las insta-laciones de calefaccin convencionales abastecen los radiadores de agua con temperaturasentre 70 y 80 C, los captadores de energa solar de placa plana convencionales (sin ningntipo de tratamiento selectivo en el absorbedor) no suelen trabajar a temperaturas superiores alos 60 C, por lo que slo se utilizan para precalentar el agua.

La mejor posibilidad para obtener una buena calefaccin utilizando captadores solares es com-binndolos con un sistema de suelo radiante, el cual funciona a una temperatura muy inferiora la de los radiadores (entre 30 y 40 C), exactamente el rango idneo para que los captadorestrabajen con un alto rendimiento.

Otra opcin cada vez ms utilizada en zonas de climas fros es la de instalar captadores de va-co que, aunque resultan ms costosos, trabajan a temperaturas superiores a los 70 C. Este


La mejor posibilidadpara obtener una

buena calefaccinutilizando

captadores solareses combinndoloscon un sistema de

suelo radiante

tipo de captadores son los preferidos por chinos, japoneses, norteamericanos o alemanes, alestar especialmente indicados para aplicaciones de apoyo a calefaccin por radiadores conven-cionales. Aunque en Espaa todava tienen poca penetracin en el mercado, se ha registradoun incremento de la demanda considerable durante los ltimos aos.

Climatizacin de piscinas

La climatizacin del agua para piscinas constituye otra aplicacin interesante de la energa so-lar, tanto si se trata de instalaciones cubiertas como a la intemperie. Estas ltimas merecenespecial atencin al existir en gran nmero y al conseguir resultados ms que satisfactorioscon sistemas sencillos y baratos.

De hecho, resulta bastante econmico lograr una temperatura estable y placentera en piscinas alaire libre. En primer lugar porque, al circular el agua de la piscina directamente por los captadoressolares, no es necesario utilizar ningn tipo de intercambiador de calor ni de sistema de acumula-cin. Y en segundo lugar, porque la temperatura de trabajo suele ser tan baja (en torno a los 30 C)que permite prescindir de cubiertas, carcasas o cualquier otro tipo de material aislante. De estamanera, se consigue reducir el precio del captador sin excesivo prejuicio en su rendimiento.

La utilizacin de la energa solar para climatizar piscinas cubiertas tambin es otra opcin interesan-te. Estos sistemas son algo ms complejos que los empleados en piscinas al aire libre, pero al mismotiempo perfectamente compatibles con otras aplicaciones de aprovechamiento solar. Lo habitual enestos casos es que se empleen captadores de placa plana con un sistema formado por un doble cir-cuito e intercambiadores combinables con la produccin de agua caliente sanitaria y la calefaccin.

Las piscinas cubiertas deben contar con una fuente energtica de apoyo, a la vez que ser re-comendable planificar su operacin, debido a los largos periodos que se requieren paracalentar la totalidad del agua con el sistema solar.


Refrigeracin en edificios

La demanda energtica para la refrigeracin de edificios con el fin de lograr unas condicionesde confort aceptables en verano y parte de la primavera y otoo, aumenta considerablementeao tras ao en los pases desarrollados. Pese a que la mayor parte de instalaciones para acon-dicionar el ambiente funcionan mediante equipos elctricos, cada vez existen ms opciones enel mercado basadas en energa solar.

El aprovechamiento de la energa solar para producir fro es una de las aplicaciones trmicascon mayor futuro, pues las pocas en las que ms se necesita enfriar el espacio coinciden conlas que se disfruta de mayor radiacin solar. Adems, esta alternativa a los sistemas de refri-geracin convencionales es doblemente atractiva porque permite aprovechar las instalacionessolares durante todo el ao, emplendolas en invierno para la calefaccin y en verano para laproduccin de fro.

Por eso, algunos de los organismos internacionales ms representativos en el mbito de laenerga solar trmica, como es el caso de Federacin de la Industria Solar Trmica Europea (ES-TIF) o la Agencia Internacional de la Energa, dedican gran parte de sus esfuerzos a potenciarla investigacin y el desarrollo de estas tecnologas basadas en lo que se ha denominado frosolar.

Hoy por hoy existen cerca de 70 sistemas de estas caractersticas en Europa, con un rea totalde captacin solar cercana a los 17.000 m2 y de una capacidad de energa que ronda los 12 MW.En nuestro pas existe un pequeo grupo de fabricantes que demuestran cada vez mayor inte-rs por desarrollar este tipo de soluciones, estando trabajando en el desarrollo de captadoresadaptados a esta aplicacin, aunque todava queda mucho camino por recorrer.

Las medidas puestas en marcha por las principales asociaciones del sector, junto a los avancesque se han producido durante los ltimos aos en este campo, permiten ser optimista de cara


al futuro. Segn las previsiones disponibles en estos momentos, la demanda de refrigeracinsolar crecer de manera significativa en los prximos aos. Unas expectativas que vienen a co-rroborar que la tecnologa solar para producir fro ya estmadura desde el punto de vista tecnolgico y ambiental, ylo que es ms importante, tambin desde el punto de vis-ta econmico.

De las diversas frmulas de aprovechar el calor solar paraacondicionar trmicamente un ambiente, la ms viable entrminos de coste de la inversin y ahorro de energa es laconstituida por el sistema de refrigeracin por absorcin, utilizada en el 60% de los casos. Elfuncionamiento de estos equipos se basa en la capacidad de determinadas sustancias para ab-sorber un fluido refrigerante. Como absorbentes se utilizan principalmente el amoniaco o elbromuro de litio, mientras que como lquido refrigerante es el agua el ms recomendado.

La diferencia fundamental entre un sistema de refrigeracin convencional respecto a los utili-zados con tecnologa solar radica en la fuente de energa que ambos precisan para operar. Enel caso del refrigerador solar por absorcin, la energa elctrica requerida en el sistema de com-presin se suplanta por una adicin de calor.

Usos en la industria

Las posibilidades que ofrece la energa solar trmica son extraordinariamente amplias, apare-ciendo cada da nuevas aplicaciones para su aprovechamiento. Como no poda ser de otramanera, la energa del Sol tambin reporta importantes beneficios en el mbito de la industria,de modo especial en los procesos que requieren un considerable caudal de calor para secar, co-cer, limpiar o tratar ciertos productos.


Son muchos los ejemplos en los que la industria se vale de calor solar para desempear sus ac-tividades: tintado y lavado de tejidos en la industria textil, procesos de obtencin de pastasqumicas en la industria papelera, baos lquidos de pintura para la limpieza y desengrasadode automviles, limpieza y desinfeccin de botellas e infinidad de envases, secado de produc-

tos agrcolas, tratamiento de alimentos, suelo radiante para granjas oinvernaderos, y un largo etctera.

Entre los sistemas basados en la energa del Sol que ms se utilizan con finesindustriales debemos hacer hincapi en los secadores solares y el precalen-tamiento de fluidos:

Secaderos solares. En procesos de secado de semillas, tabaco, etc., ascomo en procesos de secado de madera, pescado los sistemas solaresofrecen una solucin muy apropiada. Mediante grandes tubos que actancomo captadores solares de aire, es posible precalentar y elevar la tem-peratura en una planta industrial del orden de 10 a 15 C, lo que es

suficiente en la mayora de los procesos de secado. En estos mbitos, los captadores de airepresentan indudables ventajas, al no ser necesario estar pendientes de posibles fugas o pro-blemas de congelacin.

Precalentamiento de fluidos. Es factible la utilizacin de la energa solar (mediante captadoresde baja o media temperatura) para el precalentamiento de fluidos, obtenindose importantesahorros energticos. Los elementos y diseos para esta aplicacin pueden ser los mismos quelos utilizados en agua caliente sanitaria. En consecuencia, se trata de sistemas de aprovecha-miento de la energa solar muy similares a los que se emplean en la vivienda.


Otras aplicaciones

El aprovechamiento de la energa solar encuentra cada da nuevos usos que amplan el radiode accin a mbitos ms all de la vivienda o la industria. Gracias al ingenio y perspicacia dealgunos fabricantes, continuamente aparecen en el mercado nuevas aplicaciones que parecanimpensables slo hace algunos aos. Entre ellas, queremos destacar las cocinas solares, queya han encontrado utilidad a nivel comercial con equipos porttiles que resultan muy apropia-dos para pasar un estupendo da de campo al aire libre.

Antes de que se les diera esta utilidad, estos simples artefactos haban sido, y siguen siendo,muy tiles para el cocinado de alimentos y la pasteurizacin de agua en pases subdesarrolla-dos. Las cocinas solares evitan el consumo de grandes cantidades de lea y reducen el riesgode enfermedades ocasionadas por el mal estado de las aguas en regiones especialmente cas-tigadas por la pobreza en frica, Asia o el sur de Amrica.

3.5 ASPECTOS TCNICOS

Antes de comenzar este apartado resulta ineludible precisar que hay muchas maneras de apro-vechar la energa trmica de los rayos solares, y que dependiendo del uso y la tecnologautilizada, podremos conseguir resultados muy diversos: desde el calentamiento de agua para fi-nes domsticos, pasando por la produccin de calor en procesos industriales, hasta la generacinde electricidad en pequeas centrales, o incluso en grandes plantas de produccin elctrica.

Siendo los sistemas de baja temperatura los que mayor implantacin tienen en la actualidad,ya que se basan en una tecnologa completamente desarrollada y comercializada a todos losniveles, a lo largo de esta gua nos hemos centrado fundamentalmente en este tipo de instala-ciones. Pero no por ello podemos olvidar la existencia de otros sistemas de energa solar


Cocina solar

trmica que han experimentado avances muy significativos durante los ltimos aos y quecuentan con grandes expectativas de cara al futuro.

Aunque sera demasiado pretencioso por nuestra parte intentar abordar en tan slo unas pocaspginas todas las tecnologas que existen para aprovechar la energa que nos regala el Sol deforma cotidiana, s parece conveniente esbozar someramente cules son las tecnologas basa-das en la energa trmica que estn desarrollndose en estos momentos y qu fines persiguen.

Tecnologas de baja temperatura

La energa solar denominada de baja temperatura es la que acostumbramos a utilizar en el mbi-to domstico y suele instalarse en azoteas de vivienda o edificios comerciales. El procedimientoen el que se basan estos sistemas de captacin solar es muy simple, pero a la vez de gran utili-dad para el hombre por los servicios que ofrece en multitud de aplicaciones.

Por aprovechamiento de baja temperatura se entiende todos aquellos sistemas de energa so-lar en los que el fluido calentado no sobrepasa los 100 C. Estas instalaciones se caracterizanpor emplear como elemento receptor de energa un captador fijo de placa plana o un captadorsolar de vaco.

Como ya se ha comentado en anteriores ocasiones, entre las utilizaciones ms extendidas ba-sadas en esta fuente de energa de baja temperatura figuran la produccin de agua calientesanitaria, la calefaccin de edificios, la climatizacin de piscinas, etc.

Tecnologas de media y alta temperatura

La tecnologa de media temperatura va destinada a aquellas aplicaciones que requieren tem-peraturas ms elevadas de trabajo. A partir de los 80 C los captadores planos convencionales


La energa solar debaja temperatura

es la queacostumbramos a

utilizar en elmbito domstico

presentan rendimientos bajos y cuando se pretende generar vapor entre 100 C y 250 C debeacudirse a otro tipo de elementos de captacin.

Para llegar a estos niveles de temperatura resulta indispensable utilizar sistemas que concen-tren la radiacin solar mediante lentes o espejos parablicos. Los ms desarrollados en laactualidad son los captadores cilindro-parablicos, que se valen de espejos para calentar unfluido hasta producir el vapor que nos permita mover una turbina. De esta forma, la energa tr-mica se convierte en energa mecnica.

En este tipo de instalaciones el fluido que se utiliza, principalmente, es aceite o soluciones salinasporque nos permite trabajar a temperaturas ms elevadas. Adems, estos sistemas de concentra-cin requieren un seguimiento continuo del Sol, ya que slo aprovechan la radiacin directa.

Por ello, en las tecnologas de media temperatura son muy comunes los equipos de seguimien-to en el eje Norte-Sur o Este-Oeste. Tambin existen ejemplos con seguimiento en todas lasdirecciones, aunque los mecanismos correspondientes se complican en exceso, por lo que nosuele ser una solucin demasiado adecuada para este tipo de sistemas de captacin.

Las aplicaciones ms usuales en las instalaciones de media temperatura que se han realizadohasta la fecha, han sido la produccin de vapor para procesos industriales y la generacin deenerga elctrica en pequeas centrales de 30 a 2.000 kW. Tambin existen ejemplos de otrasaplicaciones tales como la desalinizacin o la refrigeracin mediante energa solar.

En las tecnologas de alta temperatura, la radiacin solar puede servir para la generacin deelectricidad a gran escala. Mediante un proceso que convierte el calor en energa mecnicay posteriormente en energa elctrica, se consiguen altas capacidades en la produccin deelectricidad.

Las instalaciones solares de alta temperatura, tambin conocidas como termoelctricas, se ba-san en procesos tecnolgicos parecidos a los utilizados en instalaciones de media


temperatura, pero eso s, con una mayor capacidad para concentrar los rayos del Sol, as comopara alcanzar temperaturas ms elevadas.

En este tipo de centrales se llegan a superar los 2.000 C de temperatura por medio de un grannmero de espejos enfocados hacia un mismo punto (la cpula de una torre o un tubo de vidriodispuesto a lo largo del tramo central del espejo concentrador), con el fin de calentar un fluidohasta convertirlo en vapor. Gracias a la elevada presin alcanzada es posible accionar una tur-bina, que a su vez impulsar un generador elctrico.

Las instalaciones que han conseguido un mayor desarrollo con estetipo de tecnologas son las Centrales Torres, formadas por un campode espejos (helistatos) que realizan un seguimiento del Sol en cual-quier direccin para reflejar la radiacin sobre una calderaindependiente y situada en lo alto de una torre central y los sistemascilindro-parablicos, que reflejan la energa procedente del Sol en untubo que circula a lo largo de la lnea focal del espejo.


Receptor

HeliostatosReceptor Central

Tubo receptor

Reflectoresparablicos

Tuberas

Cilindro-parablicos

Receptor/motor

Reflector

Discos parablicos

En este tipo deinstalaciones sellegan a superar

los 2.000 C

Central de torre en laPlataforma Solar de Almera

(Centro del CIEMAT).

ltimamente, en nuestro pas se han puesto en marcha varios proyectos para la construccinde plantas de estas caractersticas que cuentan con muy buenas expectativas comerciales decara al futuro.

3.6 Aspectos econmicos

Durante los ltimos aos las instalaciones de energa solar trmica no han experimentado unaalteracin sustancial de precios, ni es previsible que lo hagan en los prximos aos. Las posi-bles rebajas en este tipo de instalaciones pueden venir motivadas por las mejoras en el procesode fabricacin de los captadores solares, o por una disminucin de los precios de venta al p-blico como consecuencia del crecimiento de mercado.


Construccin de la Central PS10en Sanlcar la Mayor (Sevilla).

El coste de implantacin de la energa solar trmica es variable en funcin de mltiples facto-res, como pueden ser el tipo de aplicacin (piscinas, agua caliente sanitaria, calefaccin,refrigeracin), el tamao de la instalacin, la tecnologa utilizada (captadores planos o de va-co) o si la instalacin se realiza a la vez que la construccin del edificio o se trata de unavivienda edificada. Todos estos factores influyen en el coste final de una instalacin.

Con el objetivo de tomar un valor de referencia, en este manual nos centraremos en el coste dela energa solar de baja temperatura para el suministro de agua caliente sanitaria: la aplicacinms extendida en todo el mundo y la que cuenta con mayor potencial a corto plazo.

A continuacin se plantean algunas de las preguntas que se suelen hacer quienes estn pen-sando en instalar un sistema de energa solar en su vivienda, en su comunidad de vecinos, o enel mbito de la industria.

Es rentable la energa solar?

La energa proviene del Sol; por lo tanto, lo que supone un desembolso extraordinario es la ad-quisicin y montaje de la i

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Energia Solar Termica