Gua Solar Trmica

MANUALES DEENERGfAS RENOVABLES

Energa

solar trmica

1

1

TTULO

Energa solar trmica

DIRECCIN TCNICA

Instituto para la Diversificacin y Ahorro de la Energa

AUTOR DE APIA

Jos Manuel LpezCzar

AGRADECIMIENTOS

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

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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

La coleccin es fruto de un convenio de colaboracin firmado por el Instituto para la Diversificacin y

Ahorro 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 Serie

Manuales de Energas Renovables.

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

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

IDAE

Instituto para la Diversificacin y Ahorro de la Energa

C/ Madera, 8 E28004Madrid comunicacion@idae.es www.idae.es

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 20052010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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)

Introduccin

El Plan de Energas Renovables 20052010, 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 en Espaa provenga de energas renovables.

Para cubrir este objetivo, en el caso de las solar trmica a baja temperatura (objeto de esta gua) establece la instalacin de 4,2 millones de metros cuadrados en el perodo 20052010.

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 estas medidas destacan la reciente aprobacin del Cdigo Tcnico de la Edificacin, la continuidad de apoyos pblicos a la inversin en este tipo de instalaciones, el apoyo a la aprobacin de nuevas ordenanzas municipales y el apoyo a la mejora de los captadores y modernizacin de las 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 de apoyo 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 que permitan difundir la aplicacin y ganar experiencia en la ejecucin de instalaciones.

(Energa Solar Trmica) (8) ( )

(7)

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 la calefaccin.

Asimismo, la energa solar va a tener su principal desarrollo en las reas urbanas. Por ello, los profesionales que desarrollan su actividad en este importante mercado tienen que conjugar la sencillez 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 la batalla de la integracin arquitectnica de la energa solar trmica.

Este manual nace como consecuencia de la necesidad de clarificar aspectos bsicos sobre la energa 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 la energa a travs de esta tecnologa.

Por ello, este manual describe los aspectos tcnicos, econmicos y administrativos de la energa solar trmica con un lenguaje claro y sencillo, con el objetivo de satisfacer al mayor nmero 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 de produccin de agua caliente sanitaria y climatizacin de piscinas en viviendas y edificios pbli cos, y que actualmente estn en funcionamiento en Espaa.

1

El Sol, fuente inagotable de energa

(11)

1

El Sol, fuente inagotable de energa

1.1 El Sol y la Tierra

Desde que en 1957 la por entonces Unin Sovitica lanzase el Sputnik I hemos tenido la oportunidad de contemplar en miles de ocasiones la Tierra desde el espacio. Pese a que las imgenes que llegan por satlite nos dan la sensacin de que nuestro planeta es un globo autnomo de luz y color que flo ta en un espacio oscuro, nada ms lejos de la realidad. Lo cierto 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 inmensidad del universo, resulta fundamental para nuestra existencia. Y es que casi toda la energa de que disponemos proviene del 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 formas de 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

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

(Foto cedida por Agencia Solar

Europea (ESA))

bre la Tierra.

El Sol es, por tanto, la principal fuente de energa para todos los procesos que tienen lugar en nuestro planeta. Localizado a una distancia media de 150 millones de kilmetros, tiene un radio de 109 veces el de la Tierra y est formado por gas a muy alta temperatura. En su ncleo se producen continua mente reacciones atmicas de fusin nuclear que convierten el hidrgeno en helio. Este proceso libera gran cantidad de energa 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 que

4,3 millones se transforman en energa. Una parte importan te de esta energa se emite a travs de los rayos solares al resto 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 potencia elctrica 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 su interior, 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 un periodo de tiempo prcticamente ilimitado.

(Energa Solar Trmica) (12) ( ) (los animales y, en definitiva, para que pueda haber vida so)

(El Sol, fuente inagotable de energa) (13)

1.2 La radiacin solar

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

Como punto de partida debemos tener en cuenta que la luz es una de las formas que adopta la energa para trasladarse de un lugar a otro. En el caso del Sol, los rayos solares se propa gan a travs del espacio en forma de ondas electromagnticas de energa. Este fenmeno fsico, ms conocido como radia cin solar, es el responsable de que nuestro planeta reciba un aporte energtico continuo de aproximadamente 1.367 W/m2. Un valor que recibe el nombre de constante solar y que, al

cabo 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 los diferentes 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 restantes penetran hasta la superficie terrestre. Este hecho se debe a que las proporciones de vapor de agua, metano, ozono y dixido de carbono (CO2) actan como una barrera protectora. Una capa

En el interior del Sol se queman cada segundo unos 700 millones de toneladas de hidrgeno. (Imagen cedida por la ESA)

masiado extremos en la superficie terrestre, as como que exista agua lquida desde hace miles de millones de aos.

A la prdida de aporte energtico que se produce en las capas superiores de la atmsfera hay que 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

(Energa Solar Trmica) (14) ( ) (de proteccin que, entre otras cosas, permite que no se produzcan cambios de temperatura de)

(El Sol, fuente inagotable de energa) (15)

Solsticio de verano

21 de Junio

Equinoccio de primavera

21 de Marzo das las superficies reciben la misma cantidad de energa. As,

mientras los polos son los que menor radiacin reciben, los trpicos son los que estn expuestos a una mayor radiacin de los rayos solares. Esto tiene su explicacin en el grado de inclinacin de nuestro planeta con respecto al Sol (23,5). La

= 23,450

= + 23,450

Equinoccio de otoo

Solsticio de invierno

21 de Diciembre

intensidad de radiacin no ser igual cuando los rayos sola

res estn perpendiculares a la superficie irradiada que cuando el ngulo de incidencia sea ms oblicuo, tal y como ocurre en los polos.

La declinacin del Sol, pues, es la razn de que los mayores valores de radiacin no se produzcan en el ecuador sino en latitudes por encima y por debajo de los trpicos de Cncer y Capricornio. En estas zonas es donde los rayos solares son ms perpendiculares y atraviesan una capa atmosfrica ms

21 de Septiembre fina hasta llegar a su destino.

(eje de la Tierra est inclinado en un)Orbita terrestre alrededor del Sol. ElPero para establecer, con exactitud, la cantidad de energa que se puede aprovechar en un si ngulo de 23,5tio concreto, tambin habr que tener en cuenta otros aspectos como la hora del da, la estacin 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

pueda recibir una instalacin de energa solar trmica. Aunque la relacin entre las variaciones en 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 superficie terrestre.

Esto no quiere decir que en zonas donde hay menos horas de sol, como el norte de Europa, la energa 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 medios de 1.000 KWh/m2 lo que equivale, para hacernos una idea, a entre 110 y 115 litros de gasolina por 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 que con 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 mapa solar 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 geogrfica privilegiada, 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 del planeta (incluso por encima de las zonas ecuatoriales). Adems, Espaa se ve particularmente favorecida con respecto a otros pases de Europa por la gran cantidad de das sin nubes que disfruta al ao. No en vano, sobre cada metro cuadrado de suelo inciden al ao una media de

1.500 kWh de energa, cifra similar a la de muchas regiones de Amrica Central y del Sur.

En el norte de Europa el aporte energtico no es,

a pesar de la menor cantidad de horas de sol, nada desdeable

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 logra mediante 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 ver entre 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 por instalaciones 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 obtendrn rendimientos 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 de cielo 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 humedad ambiental, el clima seco y la incidencia de los rayos solares, hacen que nuestro pas obtenga unos valores de radiacin directa envidiables.

An as, existen evidentes diferencias entre las distintas comunidades espaolas. Segn los datos disponibles, existe un gran contraste entre las comunidades del Cantbrico, que rondan las 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 interior de 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 de sol al ao.

(Energa Solar Trmica) (16) ( )

(El Sol, fuente inagotable de energa) (17)

Las provincias del sur de Andaluca y Canarias son las que concentran mayor nmero de horas de 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 son realmente espectaculares.

1140

1100

1170

1270

1100

1710

1150

1744

1647 1830

2047 1881

1350

1450

2734

1450

1380

1150

1640

1280

2047

1410

2289

1180

1771

1470

2730

2576

1490

2372

1420

2215

1470

2538

1580

2724

1480

2703

1540

2681

1370

2477

2444

1500

2510 1540

2462

1530

1410

1530

2616

24881530

2749

1560

2723

2329

2583

1550

1680

2698

1600

2940

1600

2854

1610

2784

1480

2705

1630

2769

2756

1550

2630

1700

2975

1520

2803

1940

2897

1780

2175

1780

2818

1520

2862

1670

2773

1690

2858

1700

3023

1610

2795

1670

2831

1710

3052

1800

2780

Mapa solar en Espaa. La cifra superior representa la energa en KWh que incide por m2. En la inferior el nmero de horas de sol al ao

2

Situacin actual

(21)

2

Situacin actual

2.1 La energa solar trmica en el mundo

La contribucin de la solar trmica al consumo energtico mundial sigue siendo muy escasa todava, pese a que empie zan a percibirse ciertos sntomas de cambio que permiten ser ms optimistas de cara al futuro. Al creciente inters de los ciudadanos por este tipo de soluciones hay que sumar las ayudas e incentivos que se han puesto en marcha en muchos pases del mundo y la reduccin de precios de los captadores solares en algunos mercados especialmente activos como China o Japn. Una situacin que pone de manifiesto que es tamos ante una tecnologa madura que ha experimentado un significativo avance durante los ltimos aos.

En la actualidad la capacidad de energa solar instalada en el mundo supera a la de otras renovables con altos ndices de desarrollo, como es el caso de la energa elica. Con una potencia instalada de 98,4 GW trmicos a finales de 2004 (Datos del Solar Heat Worldwide 2004, considerando 41 pases que representan el 57% de la poblacin mundial y el 8590% del mercado mundial de solar trmica), la solar

trmica ha alcanzado unos niveles de popularidad impensables hace tan solo unos aos. Y no exclusivamente por lo que a la produccin de agua caliente se refiere, sino tambin en cuanto a 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 los esfuerzos de la mayora de los mercados nacionales importantes, aunque el tipo y el tamao de las instalaciones, as como el porcentaje total de la demanda que cubre, vara en funcin de la 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 con mayor 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, Nueva Zelanda o Europa, donde se entiende la edificacin desde una perspectiva global en la que la energa solar puede ofrecer soluciones integradas en muy diversos mbitos, y la calefaccin constituye siempre un potencial muy atractivo.

Finalmente entre las aplicaciones de la energa solar trmica en el mundo cabe tambin destacar la 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 perdido parte 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 captadores solares 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 solar trmica 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

(Energa Solar Trmica) (26) ( )

(Situacin actual) (23)

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 20 metros 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 en el mundo, con 431 kWth (kW trmico) por cada 1.000 habitantes. En este pas ms del 90% de los edificios construidos estn equipados con captadores solares trmicos, lo que representa ms 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, un total 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 el objetivo comn de alcanzar los 100 millones de m2 de superficie instalada que se pretenden conseguir en el horizonte de 2010.

Aunque los objetivos contemplados por la Comisin Europea en su Libro Blanco todava estn demasiado 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

Europa representa tan solo el 9%

del mercado mundial de energa solar trmica

La investigacin de nuevas tecnologas de origen renovable es una de las seas de identidad del mercado europeo

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 la Federacin 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 del mundo, es la aplicacin preferida por los europeos, seguida de la calefaccin y de forma muy poco significativa la climatizacin de piscinas, que slo tiene cierta importancia en Austria o Alemania. 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 esta tecnologa, Noruega con 287 MWth instalados, y a ms distancia Finlandia.

Precisamente, la investigacin de nuevas tecnologas de origen renovable es una de las seas de 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. Sin embargo, esto podra dejar de ser as pronto, a no ser que los pases de la Unin se decidan a ampliar 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 empresas y particulares. El objetivo de stas es aumentar significativamente el parque solar a travs de incentivos econmicos que hagan ms atractiva la energa solar trmica al usuario. El tipo de apoyo pblico ms usual son las subvenciones directas, en cuantas que varan del 20% al

60%, como es el caso de Austria, Alemania, Dinamarca, Espaa, Holanda o Suecia. El ltimo en sumarse a esta forma de potenciar la energa solar trmica es Francia, donde se ha puesto en marcha el Plan Soleil, que permite deducir de la declaracin de la renta ms del 40% de los costes de instalacin. Una iniciativa que ya empieza a dar sus frutos y que ha generado gran des expectativas a corto y medio plazo.

Por su parte, Alemania contina con el programa Marktanreiz que tan buenos resultados le ha dado desde principios de los aos 90 y que le ha llevado a colocarse como lder indiscutible en 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 instalacionestipo para agua caliente 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 de un 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 solares mediante 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 el pasado. Sin embargo, esta medida no ha repercutido en la demanda que, en 2004, aument un

34% respecto al ao anterior. Esto pone de manifiesto el grado de satisfaccin de los helenos con 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 delante de pases como Italia, Francia o Gran Bretaa. Con un 6% del total del mercado europeo, nuestro pas 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 80 se empezaron a dar los primeros pasos en el desarrollo de esta energa. Durante los primeros

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 buenas perspectivas 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 suficientes garantas 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, la sensacin 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 una seleccin 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 de calidad en este mercado.

Posteriormente, en el periodo que va desde 1985 a 1995, los precios energticos sufrieron un fuerte descenso y la sensacin de crisis energtica desapareci. Las entidades relacionadas con 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 mejor notablemente el mantenimiento de las instalaciones. Cabe mencionar la aparicin de nuevos conceptos, como la "garanta de resultados solares", por el que al usuario se le aseguraba la produccin 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 por su 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 en marcha otros mecanismos para favorecer la instalacin de captadores solares mediante subvenciones directas.

En esta ltima dcada, la aportacin de energa solar trmica ha aumentado considerablemente en nuestro

5000

Evolucin del mercado espaol 19902005

4.900

pas, sobre todo, gracias a las ayudas pblicas (lnea 4500

ICOIDAE, CC.AA., y ordenanzas municipales), a la ma 4000 durez del mercado en todos los sentidos, y a las 3500 grandes posibilidades que ofrece esta tecnologa en 3000 un pas con tantas horas de sol al ao como Espaa. De 2500

Plan de Energas Renovables

2005 2010

los 10.000 m2 nuevos que se instalaban cada ao en la

2000

dcada de los 90, hemos pasado a crecimientos me1500

dios por encima de los 60.000 m2 en los primeros aos1000

500

261,8 341,3 362,6

403,1

455,1

522,6

610,4 700,4

795,5

de 2000, hasta llegar a los 90.000 en el ao 2005.

Con todo, nuestro pas an se encuentra lejos de los objetivos nacionales fijados en el Plan de Energas Re

0

1990 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2010

Datos provisionales. Fuente: IDAE

novables (PER), que plantea alcanzar una superficie instalada de 4,9 millones de metros cuadrados 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 de nueva 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 agua caliente sanitaria. En segundo lugar se encuentran los hoteles y restaurantes, en los que exis te un creciente inters por este tipo de soluciones energticas.

28Energa Solar Trmica

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 en mltiples 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.

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

13.573 m22

En cuanto al reparto del mer cado por zonas geogrficas, las comunidades autnomas con mayor superficie instalada

11.006 m2

1.596 m

47.734 m2

7.994 m2

247 m2

14.184 m2

108.699 m2

son aquellas que cuentan con un clima ms favorable para el aprovechamiento de la energa solar trmica. En este sentido destacan por sus cuotas de

56.258 m2

7.535 m2

2 70.255 m2

participacin en el mercado Andaluca, Catalua, Canarias, Baleares, la Comunidad Valen

98.049 m2

3.626 m211.999 m

236.892 m2

2

24.290 m2

81.532 m2

TOTAL

2

ciana y Madrid, segn orden de importancia. Tambin se observa una mayor concentra cin de instalaciones solares en zonas tursticas o de alto nivel de renta.

65 m236 m

795.571 m

Datos provisionales. Fuente: IDAE

3

Tecnologas y aplicaciones

r-....,r-------

, r.-

3

(Energa Solar Trmica) (48) ( )

(31)

Tecnologas y aplicaciones

3.1 Cmo se aprovecha la energa solar

La energa solar trmica aprovecha la radiacin del Sol para calentar 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 esta fuente de energa renovable.

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

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

En das soleados bastar con que los rayos solares

incidan directamente sobre nuestro sistema de captacin

de manera inmediata. Pero, en realidad, ni siquiera ser necesario concentrar los rayos sola res para conseguir la conversin trmica perseguida. Cualquier materia experimenta un aumento de temperatura de modo natural al estar expuesta a la radiacin solar. Mientras una superficie 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 de temperatura ser muy poco significativo.

En el caso de una instalacin trmica, los captadores solares se valdrn de superficies de color oscuro 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 para obtener el aporte energtico que necesitamos para su uso en muy diversas aplicaciones. Eso s, habr que evitar que la energa obtenida pueda perderse instantes despus si realmente queremos sacar provecho de esta fuente de energa tan beneficiosa para el ciudadano por sus ventajas medioambientales y su grado de autonoma.

Con el objetivo de evitar fugas de energa, los sistemas de captacin solar imitan los procesos naturales que tienen lugar en la Tierra, donde la radiacin solar atraviesa con facilidad nuestra atmsfera hasta llegar a la superficie terrestre. Cuando la tierra y el mar se calientan por este motivo, 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 la superficie 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 a

40 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 el cultivo de plantas y, por supuesto, en los sistemas de captacin de energa solar. El cristal, como la atmsfera de nuestro planeta, tiene la propiedad de ser atravesado fcilmente por las ondas cortas de los rayos solares, al mismo tiempo que se comporta como un muro impenetrable ante

las radiaciones de onda larga. Cuando los rayos solares atraviesan una superficie acristalada se produce un aumento de temperatura en el interior del habitculo. Entonces, el cristal actuar como 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 parte de la radiacin que llega hasta una instalacin solar, y por otro, impedir la fuga de caloras una vez ganadas.

3.2 Funcionamiento de una instalacin solar

El principio elemental en el que se fundamenta cualquier instalacin solar trmica es el de aprovechar la energa del Sol mediante un conjunto de captadores y transferirla a un sistema de 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 ellas como 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 distintos procesos 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 haga falta, es lo que hace que esta tecnologa sea tan ampliamente aceptada en muchas partes del mundo. No en vano, la nica contribucin del hombre para aprovechar esta fuente de energa es 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.

(Energa Solar Trmica) (34) ( )

(Tecnologas y aplicaciones) (49)

El procedimiento actual que se lleva a cabo en cualquier instalacin solar consiste en absorber la 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 trmico lo ms eficaz posible. Por ejemplo, si el fluido de trabajo es el aire, se le puede hacer circular entre 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 tanque de almacenamiento bien aislado.

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

Esquema bsico de una instalacin solar de baja temperatura conmento. Generalmente se dimensiona para que la

aplicacin de agua caliente sanitariaacumulacin solar sea la demandada por los usua

rios en un da.

Radiacin solar

Colector

Intercambiador

Consumo

Acumulador

Agua fra red

Para evitar posibles restricciones energticas en aquellos periodos en los que no hay suficiente radia cin y/o el consumo es superior a lo previsto, casi la totalidad de los sistemas de energa solar trmica cuentan con un aporte de energa extraordinario. En estas ocasiones, entrar automticamente en funcio namiento un sistema de calentamiento auxiliar que permite compensar el dficit existente. Este sistema

Circuito primarioCircuito secundario de apoyo utilizar los medios energticos convencio

nales, como el gas, la electricidad o el gasleo.

En la actualidad, una instalacin de energa solar cubre del 50 al 80% del total de la demanda de agua caliente sanitaria de una vivienda, aunque en zonas de gran soleamiento a lo largo del ao (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 es porque, de hacerse as, sera necesario instalar costosos sistemas de acumulacin de energa a 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 muy elevado, 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 a cualquier 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 depender del 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. Por su parte, la empresa instaladora tendr la responsabilidad de intervenir cuando se produzca alguna situacin anormal y efectuar un mantenimiento preventivo mnimo peridicamente. Este mantenimiento implicar la revisin anual de aquellas instalaciones con una superficie

Una instalacin solar bien diseada y correctamente instalada no tiene porqu ocasionar problemas al usuario

de captacin inferior a 20 m2, o una revisin cada seis meses para instalaciones con superficie de 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 energa solar, 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 de mantenimiento en el que se reflejan las operaciones ms importantes a realizar, as como la forma 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 ms comunes son los captadores planos, que utilizan como fluido el agua, en la actualidad tambin se 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 de funcionamiento, 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 de temperatura.

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 de captacin 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 coloca una 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 es metlica, 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 se realiza 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 funcionamiento parecido 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 varios tubos 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 placa absorbedora y el tubo por donde circula el fluido no tiene porqu ser un elemento crtico del captador siempre que est bien sellado con cualquiera de las tcnicas de soldadura disponi bles en estos momentos en el mercado.

Juntas Estancas

Cubierta Protectora

Placa Absorbedora

Lmina Reflectante

Aislamiento Trmico

Imgenes de un captador de tubos paralelo (izquierda) y un captador de serpentn (derecha)

Carcasa

Las dimensiones de los captadores solares son muy diversas y van desde los 0,5 m2 los ms pequeos, 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 de energa 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, y captan tanto la radiacin directa como la difusa con resultados muy variables.

En lneas generales, la eficiencia de los captadores sola res vendr definida por su curva de rendimiento, que permite saber cul es la cantidad de energa que podre mos aprovechar en cada situacin (tal y como se puede

oficial para la homologacin de estos equipos en la que se evala la curva caracterstica de los diferentes mode los. Esta valoracin se realiza sobre captadores nuevos, y de forma puntual, no siendo representativa del compor tamiento del captador a lo largo de su vida til, ya que su eficacia podr evolucionar de diferente manera con el

1

0,8

r

0,4

0,2

0,57

00,20,40,60,81

paso del tiempo, en funcin de su mantenimiento, etc.

Grfico: curv a de rendimient

de un captador solar

donde:

r = a bxT

y frmulas de medicin del rendimiento.

Curva de rendimiento de un captador solar (arriba) y frmulas de medicin del rendimiento (izquierda)

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

a = parmetro caracterstico del captador (eficiencia ptica) (punto de corte con el eje

Y). 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 del fluido y la temperatura ambiente, dividido entre la irradiancia.

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. Estos captadores consiguen sacar el mximo provecho a las instalaciones trmicas, que trabajan a temperaturas 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 ms tradicin en la generacin de vatios trmicos de energa solar.

La principal diferencia respecto a los planos reside en los conductos que absorben la energa del Sol. stos estn recubiertos de un tubo al vaco que deja pasar la radiacin solar, a la vez que 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 y existe una gran variedad de calidades y precios.

En cualquier caso, a la hora de decantarnos por uno u otro captador, lo primero a considerar es cul 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 caliente sanitaria, los captadores planos son suficientes para dar servicio en unas condiciones ptimas para un aporte del 5080%.

Sistema de distribucin

El sistema de distribucin es el que se encarga de transportar el fluido caliente contenido en los captadores solares hasta el punto de consumo. Existen diferentes circuitos de distribucin, dependiendo de las necesidades que pretendamos satisfacer o las condiciones climticas del lugar 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 en los captadores solares:

Instalaciones de circuito abierto. Estos sistemas transfieren directamente el agua caliente 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 el Sol, 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 ms fra 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 al utilizar 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 las heladas estacionales ser necesario vaciar el circuito durante la poca ms fra del ao, ya que el volumen del hielo es mayor que el del agua lquida y puede llegar a producir daos importantes 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 de almacenamiento. En el circuito primario se introduce un lquido especial que circula por dentro del captador y transmite calor al agua del tanque de almacenamiento por medio 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 zonas donde las temperaturas bajen de cero grados.

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

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

Circulacin natural o con termosifn. Estos sistemas tienen la ventaja de no contar con bombas de impulsin, aprovechando la circulacin natural del agua caliente, que por naturaleza tiende a ascender. Los sistemas con termosifn son muy utilizados en reas geogrficas con climas ms clidos. Estos sistemas de circulacin slo se utilizan para instalaciones solares pequeas.

Si se quiere aprovechar al mximo la energa del Sol es necesario almacenarla para utilizarla cuando

se 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, ser necesario acumular la energa en aquellos momentos del da que ms radiacin existe, para utilizarla posteriormente cuando se produzca la demanda.

Lo habitual es almacenar la energa en forma de calor en depsitos especialmente diseados para 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 durante ms 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 estratificacin por 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 de temperatura 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, mientras que 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 superficie de captacin y las dimensiones del tanque de almacenamiento. El depsito de acumulacin ms apropiado para los niveles de radiacin que se dan en Espaa y para agua caliente sanitaria, es el 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 los materiales 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 del agua, 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 se favorece 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 ser cambiado 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 aquellos periodos en los que no hay suficiente radiacin y/o el consumo es superior a 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 general es 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 diseo de 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 de calentamiento instantneo o sistemas provistos de acumulador independiente u otros acumuladores intermedios.

En cualquier caso, siempre ser necesario que exista un mecanismo de control adecuado que gestione 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 de sondas y/o vlvulas automticas, que en funcin de la temperatura del acumulador solar, de la temperatura 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 de piscinas, 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 medio plazo, 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 de nuestros 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 como para detenernos por un momento a considerar cul es el sistema de agua caliente que mejor se ajusta a nuestras circunstancias.

En la actualidad la energa solar trmica ofrece una solucin idnea para la produccin de agua caliente sanitaria, al ser una alternativa completa mente madura y rentable. Entre las razones que hacen que esta tecnologa sea muy apropiada para este tipo de usos, cabe destacar los niveles de temperaturas que se precisan alcanzar (normalmente entre 40 y 45 C), que coinciden con los ms adecuados para el buen funciona miento de los sistemas solares estndar que se comercializan en el mercado. 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 ms rpidamente que en el caso de otros usos solares, como la calefaccin, que slo tienen utilidad durante los meses fros.

Con los sistemas de energa solar trmica hoy en da podemos cubrir el 100% de la demanda de agua 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 24 m2 y un depsito de 100300 litros, 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 tal que ha llevado a esta aplicacin a convertirse en la ms popular de cuantas ofrece la tecnologa solar 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 mejor posibilidad para obtener una buena calefaccin utilizando captadores solares es combinndolos con un sistema de suelo radiante

La posibilidad de satisfacer, al menos parcialmente, la necesidad de calefaccin de edificios por medio de la energa solar constituye siempre un potencial atractivo, mxime si tenemos en cuenta 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 centro y 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 la produccin 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 el calor 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 de calefaccin de estas caractersticas es la temperatura de trabajo a alcanzar. Mientras las insta laciones de calefaccin convencionales abastecen los radiadores de agua con temperaturas entre 70 y 80 C, los captadores de energa solar de placa plana convencionales (sin ningn tipo de tratamiento selectivo en el absorbedor) no suelen trabajar a temperaturas superiores a los 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 inferior a la de los radiadores (entre 30 y 40 C), exactamente el rango idneo para que los captadores trabajen 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

tipo de captadores son los preferidos por chinos, japoneses, norteamericanos o alemanes, al estar especialmente indicados para aplicaciones de apoyo a calefaccin por radiadores conven cionales. Aunque en Espaa todava tienen poca penetracin en el mercado, se ha registrado un 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 merecen especial atencin al existir en gran nmero y al conseguir resultados ms que satisfactorios con sistemas sencillos y baratos.

De hecho, resulta bastante econmico lograr una temperatura estable y placentera en piscinas al aire libre. En primer lugar porque, al circular el agua de la piscina directamente por los captadores solares, 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 esta manera, 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 mismo tiempo perfectamente compatibles con otras aplicaciones de aprovechamiento solar. Lo habitual en estos 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 para calentar 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 condiciones de confort aceptables en verano y parte de la primavera y otoo, aumenta considerablemente ao 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 en el mercado basadas en energa solar.

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

Por eso, algunos de los organismos internacionales ms representativos en el mbito de la energa 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 potenciar la investigacin y el desarrollo de estas tecnologas basadas en lo que se ha denominado fro solar.

Hoy por hoy existen cerca de 70 sistemas de estas caractersticas en Europa, con un rea total de 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 captadores adaptados a esta aplicacin, aunque todava queda mucho camino por recorrer.

Las medidas puestas en marcha por las principales asociaciones del sector, junto a los avances que 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 refrigeracin solar crecer de manera significativa en los prximos aos. Unas expectativas que vienen a co rroborar que la tecnologa solar para producir fro ya est

madura desde el punto de vista tecnolgico y ambiental, y lo que es ms importante, tambin desde el punto de vis ta econmico.

De las diversas frmulas de aprovechar el calor solar para acondicionar trmicamente un ambiente, la ms viable en trminos de coste de la inversin y ahorro de energa es la

constituida por el sistema de refrigeracin por absorcin, utilizada en el 60% de los casos. El funcionamiento 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 el bromuro 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. En el 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 otra manera, 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 pastas qumicas en la industria papelera, baos lquidos de pintura para la limpieza y desengrasado de automviles, limpieza y desinfeccin de botellas e infinidad de envases, secado de produc tos agrcolas, tratamiento de alimentos, suelo radiante para granjas o

invernaderos, y un largo etctera.

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

Secaderos solares. En procesos de secado de semillas, tabaco, etc., as como en procesos de secado de madera, pescado los sistemas solares ofrecen una solucin muy apropiada. Mediante grandes tubos que actan como 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 aire presentan 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 captadores de baja o media temperatura) para el precalentamiento de fluidos, obtenindose importantes ahorros energticos. Los elementos y diseos para esta aplicacin pueden ser los mismos que los 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 radio de accin a mbitos ms all de la vivienda o la industria. Gracias al ingenio y perspicacia de algunos fabricantes, continuamente aparecen en el mercado nuevas aplicaciones que parecan impensables slo hace algunos aos. Entre ellas, queremos destacar las cocinas solares, que ya 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 riesgo

de enfermedades ocasionadas por el mal estado de las aguas en regiones especialmente cas Cocina solar

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 tecnologa utilizada, 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 generacin de 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 los niveles, 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

La energa solar de baja temperatura es la que acostumbramos a utilizar en el mbito domstico

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

Aunque sera demasiado pretencioso por nuestra parte intentar abordar en tan slo unas pocas pginas todas las tecnologas que existen para aprovechar la energa que nos regala el Sol de forma 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 procedimiento en 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 caracterizan por emplear como elemento receptor de energa un captador fijo de placa plana o un captador solar 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 caliente sanitaria, 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

presentan rendimientos bajos y cuando se pretende generar vapor entre 100 C y 250 C debe acudirse 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 la actualidad son los captadores cilindroparablicos, que se valen de espejos para calentar un fluido 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 salinas porque 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 NorteSur o EsteOeste. Tambin existen ejemplos con seguimiento en todas las direcciones, aunque los mecanismos correspondientes se complican en exceso, por lo que no suele 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 realizado hasta la fecha, han sido la produccin de vapor para procesos industriales y la generacin de energa elctrica en pequeas centrales de 30 a 2.000 kW. Tambin existen ejemplos de otras aplicaciones tales como la desalinizacin o la refrigeracin mediante energa solar.

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

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 como para alcanzar temperaturas ms elevadas.

Receptor

Heliostatos

Tubo receptor

Tuberas

Reflectores parablicos

Receptor/

motor

Reflector

Receptor CentralCilindroparablicosDiscos parablicos

En este tipo de instalaciones se llegan a superar los 2.000 C

Central de torre en la Plataforma Solar de Almera (Centro del CIEMAT).

En este tipo de centrales se llegan a superar los 2.000 C de temperatura por medio de un gran nmero de espejos enfocados hacia un mismo punto (la cpula de una torre o un tubo de vidrio dispuesto a lo largo del tramo central del espejo concentrador), con el fin de calentar un fluido hasta 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 este tipo de tecnologas son las Centrales Torres, formadas por un campo de espejos (helistatos) que realizan un seguimiento del Sol en cual quier direccin para reflejar la radiacin sobre una caldera independiente y situada en lo alto de una torre central y los sistemas cilindroparablicos, que reflejan la energa procedente del Sol en un tubo que circula a lo largo de la lnea focal del espejo.

Construccin de la Central PS10 en Sanlcar la Mayor (Sevilla).

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

3.6 Aspectos econmicos

Durante los ltimos aos las instalaciones de energa solar trmica no han experimentado una alteracin 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 proceso de fabricacin de los captadores solares, o por una disminucin de los precios de venta al p blico como consecuencia del crecimiento de mercado.

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 una vivienda 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 de la energa solar de baja temperatura para el suministro de agua caliente sanitaria: la aplicacin ms 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 quiene