Energia Solar Tèrmica
ENERGIA SOLAR TÈRMICA
La energia solar tèrmica és la energia que s’aprofita del sol, una energia que és gratuïta i neta a la vegada.
Amb entrada en vigor del nou RITE (Reglament Instal·lacions Tèrmiques en Edificis) Reial Decret 102/2007 de 20 juliol de 2007 aquest tipus d’instal·lació és obligatori en edificis de nova construcció i en la reforma dels ja construïts.
Tenint en compte el moviment que realitza el sol d’est a oest, la orientació optima dels captadors solar per obtenir el màxim de aprofitament del sol ha de ser el sud geogràfic.
Desviacions de fins a 20º fins est u oest amb respecte la orientació Sud no afecten sensiblement al rendiment i a la energia tèrmica obtinguda.
Per poder aprofitar la energia obtinguda del sol fan falta uns col·lectors solars, que són els dispositius encarregats d’absorbir la radiació solar i transmetre la energia tèrmica aquí produïda a un fluït de treball que hi circula pel seu interior que pot ser aigua i/o aigua barrejada amb anticongelant quan aquests s’instal·lin en zones fredes i així evitar que el líquid que hi circula es congeli.
El calor que ha acumulat el col·lector es fa passar a través d’un dispositiu intercanviador de calor en el qual es produeix el intercanvi de calor del circuit primari al circuit secundari, que va incorporat en un acumulador, el qual és el dispositiu que acumula l’aigua escalfada per energia solar.
La energia solar es pot utilitzar per escalfar l’aigua calenta sanitària, calefacció per terra radiant i fins i tot per escalfar l’aigua d’una piscina i així poder banyar-se en temporada d’hivern. En els següents esquemes es poden observar dos sistemes per poder aprofitar la energia del sol.
L'energia solar tèrmica consisteix en escalfar un fluid aprofitant l'energia del sol, el que permetria produir vapor i, posteriorment energia elèctrica. Això s'aconsegueix mitjançant els captadors o col·lectors solars.
Energia solar tèrmica: Es tracta de l'aprofitament de l'energia dels raigs del sol per produir calor i energia destinada al consum sanitari a petita escala, és a dir, per a calefaccions o sistema d'escalfament d'aigua en habitatges.
Utilització de l'energia solar tèrmica: La concentració de l'energia solar en forma de calor és una altra forma d'aprofitar aquesta forma d'energia. En l'àmbit domèstic, s'usen per escalfar solars d'aigua, que permeten reduir el consum d'altres formes d'energia com el gas o l'energia elèctrica. També hi ha tecnologies avançades per concentrar la calor del sol en plantes d'electricitat de gran potència per a usos industrials o comercials.
Avantatges
.- L'energia solar és un recurs renovable pràcticament il·limitat.
.- No contamina.
.- Té un baix cost d'aprofitament.
.- És neta.
.- L'energia solar opera amb sistemes silenciosos. No hi ha contaminació per soroll.
.- La trobes en tots els costats.
Desavantatges
.- Els grans projectes de generació d'energia solar a escala comercial poden requerir grans quantitats de diners. No obstant això, un sistema per a una casa no té aquest problema.
.- Els costos inicials de la instal·lació d'un sistema d'energia solar poden ser alts comparats amb altres alternatives.
.- En alguns llocs la llum solar la intensitat o no és suficient constants per proporcionar un flux d'energia permanent.
Què és l'energia solar?
L'energia solar és una energia renovable, obtinguda a partir de l'aprofitament de la radiació electromagnètica procedent del Sol. La radiació solar que arriba a la Terra ha estat aprofitada per l'ésser humà des de l'antiguitat, mitjançant diferents tecnologies que han anat evolucionant. En l'actualitat, la calor i la llum del Sol pot aprofitar-se per mitjà de diversos captadors com cèl·lules fotovoltaiques, heliòstats o col·lectors tèrmics, podent transformar-se en energia elèctrica o tèrmica.
Què són els captadors solars?
Els captadors solars són els elements que capturen la radiació solar i la converteixen en energia tèrmica, en calor. Com captadors solars es coneixen els de placa plana, els de tubs de buit i els captadors absorbidors sense protecció ni aïllament. Els sistemes de captació plans (o de placa plana) amb coberta de vidre són els comuns majoritàriament en la producció d'aigua calenta sanitària ACS. El vidre deixa passar els raigs del Sol, aquests escalfen uns tubs metàl·lics que transmeten la calor al líquid de dins. Els tubs són de color fosc, ja que les superfícies fosques escalfen més.
Què són els captadors solars?
Els captadors solars són els elements que capturen la radiació solar i la converteixen en emergia tècnica, en calor. Com captadors solars es coneixen els de placa plana, els de tub de buit i els captadors absorbidors sense protecció ni aïllament. Els sistemes de captació plans amb coberta de vidre són els més comuns en la producció d'aigua calenta sanitària. El vidre deixa passar els raigs de sol, aquests escalfes uns tubs metàl·lics que transmeten la calor a líquid de dins. Els tubs són de color fosc, ja que les superfícies fosques escalfen més.
El vidre que cobreix el captador no només protegeix la instal·lació sinó que també permet conservar la calor produint un efecte hivernacle que millora el rendiment del captador.
Estan formats d'una carcassa d'alumini tancada i resistent a ambients marins, un marc d'alumini, una junta perimetral lliure de silicones, aïllant tèrmic respectuosos amb el medi ambient de llana de roca, coberta de vidre solar d'alta transparència i finalment per tubs soldats ultrasònics.
Els col·lectors es componen dels següents elements:
1.- Coberta: És transparent, pot ser present o no: Generalment és de vidre encara que també s'utilitzen plàstics ja que és menys car i manejable, però ha de ser un plàstic especial. La seva funció és minimitzar les perdies per convecció i radiació i per això ha de tenir una transmitància solar més alta possible.
2.- Canal d'aire: És un espai (buit o no) que separa la coberta de la placa absorbent. El seu gruix es calcularà tenint en compte per equilibrar les pèrdues per convecció i les llaunes temperatures que es poden produir si és massa estret
2.1.- Placa absorbent: La placa absorbent és l'element que absorbeix l'energia solar i la transmet al líquid que circula per les canonades. La principal característica de la placa és que ha de tenir una gran absorció solar i una emissió tèrmica reduïda.
2.2.- Tubs o conductes: Els tubs estan tocant la placa absorbent perquè l'intercanvi d'energia sigui el més gran possible. Pels tubs circula el líquid que s'escalfarà i ira cap al tanc d'acumulació.
2.3.- Capa aïllant: La finalitat de la capa aïllant és recobrir el sistema per evitar i minimitzar pèrdues. Perquè l'aïllament sigui el millor possible, el material ha de tenir una baixa conductivitat tèrmica.
3.- Col·lectors plans: L'ànima de sistema és una reixa vertical de tubs metàl·lics, per simplificar, que condueixen l'aigua freda en paral·lel, connectats per baix per un tub horitzontal en la presa d'aigua freda i per dalt per un altre similar de retorn .
La graella ve encaixada en la coberta, com la descrita més amunt, normalment amb doble vidre cap amunt i aïllant per darrere.
En alguns models, els tubs verticals estan paviments en una placa metàl·lica per aprofitar la insolació entre tub i tub.
4.- Col·lector de buit: En aquest sistema els tubs metàl·lics del sistema procedent se substitueixen per tubs de vidre, introduïts, d'un en un, en un altre tub de vidre entre els quals es fa el buit com aïllament.
Els grans avantatges que presenten aquests tipus de captadors són la seva alta rendiment (196% més eficients que les plaques planes) i que, en cas que un dels tubs es fes malbé, no cal canviar tot el panell per un de nou, sinó que només cal canviar el tub afectat. A més són més barats a la seva fabricació, ja que els nous tubs són 100% borosilicat i no utilitzen tub de coure, el que redueix els costos anteriorment esmentats.
Parts d'un sistema d'energia solar tèrmica.
1.- Circuit primari: El circuit primari, és un circuit tancat, transporta la calor des del captador fins acumulador (sistema que emmagatzema la calor). El líquid escalfat (aigua o una barreja de substàncies que poden transportar la calor) porta la calor fins l'acumulador. Un cop refredat, torna al col·lector per tornar a escalfar, i axial successivament.
.- Intercanviador de calor: L'intercanviador de calor escalfa l'aigua de consum a través de la calor captat de la radiació solar. Se situa en el circuit primari, en el seu extrem. Té forma de sepertín, ja que axial s'aconsegueix augmentar la superfície de contacte i per tant, l'eficiència.
.- Acumulador: L'acumulador és un dipòsit on s'acumula l'aigua calenta útil per al consum. Té una entrada per a l'aigua freda i una sortida per a la calenta. La freda entra per sota de l'acumulador on es troba amb l'intercanviador, a intervinguda es desplaça cap amunt, que és d'on sortirà l'aigua calenta per a consum.
Internament disposa d'un sistema per evitar l'efecte corrosiu de l'aigua calenta emmagatzemada sobre els materials. Per fora té una capa d'aïllament que evita pèrdues de calor i està cobert per un material que protegeix l'aïllament de possibles humitats i cops.
.- Circuit secundari: El circuit secundari o de consum, entra aigua freda de subministrament i per l'altre extrem l'aigua escalfada que es consumeix (banyera, dutxa, lavabo etc.) L'aigua freda passa per l'acumulador primerament, on s'escalfa fins arribar a una certa temperatura. Les canonades d'aigua calenta de l'exterior, han d'estar cobertes per aïllants.
Si el nostre consum inclou calefacció, el sistema emissor de calor (radiadors a 60ºC, fan-coil a 45ºC, terra radiant 30ºC) que és més convenient utilitzar és la de baixa temperatura (<= 50 º C) d'aquesta manera el sistema solar de calefacció té major rendiment.
No obstant això, es poden instal·lar sistemes que no són de baixa temperatura, per axial emprar radiadors convencionals.
.- Bombes: Les bombes, en cas que la instal·lació sigui de circulació forçada, són de tipus de recirculació, treballant 1 la meitat del dia i la parella la meitat de temps restant. La instal·lació consta dels rellotges que porten el funcionament del sistema, fan l'intercanvi de les bombes. Si hi ha dues bombes en funcionament, l'avantatge que cal en cas que una deixi de funcionar, hi ha la substituta. L'altre motiu a considerar, és que gràcies a aquest intercanvi la bomba no sofreix tant.
.- Vas d'expansió: El vas d'expansió absorbeix les variacions de volum del fluid caloportador, el qual circula pels conductes del captador, mantenint la pressió adequada i evitant pèrdues de la massa del fluid.
És un recipient amb una càmera de gas separada de la dels líquids i amb una pressió inicial en funció de l'altura de la instal·lació.
El que més s'utilitza és amb vas d'expansió tancat amb membrana, sense transferència de massa a l'exterior del circuit.
- Canonades: Les canonades de la instal·lació es troben recobertes d'un aïllant tèrmic per evitar pèrdues de calor amb l'entorn.
.- Panell de control: Es disposa també d'un panell principal la instal·lació, on es mostren les temperatures a cada instant (un regulador tèrmic), de manera que pugui controlar el funcionament del sistema en qualsevol moment. Apareixen també els rellotges encarregats de l'intercanvi de les bombes.
Durant l'estiu, es poden cobrir les plaques, a fi d'evitar que es facin malbé per les altes temperatures o bé es pot utilitzar per produir fred solar.