L'energia
solar tèrmica o energia termosolar consisteix en l'aprofitament de l'energia
del Sol per generar calor mitjançant l'ús de col·lectors o panells solars
tèrmics. Aquesta energia solar s'encarrega d'escalfar l'aigua o un altre tipus
de fluid a temperatures que poden oscil·lar entre 40º i 50º, sense superar els
80º.
Aquesta
energia tèrmica es podrà intercanviar amb un circuit secundari per produir
calor en una instal·lació de calefacció o per escalfar les necessitats d'aigua
calenta sanitària (ACS) o d'una piscina climatitzada.
Actualment
també tenim la possibilitat d'alimentar una màquina de refrigeració per
absorció, que utilitzarà aquesta energia solar tèrmica en lloc d'electricitat
per produir fred com ho faria un aparell d'aire condicionat tradicional.
El
funcionament de la captació d'energia solar tèrmica es basa en captar els raigs
solars mitjançant col·lectors o panells solars pel qual es fa circular aigua o
un altre fluid de característiques similars i d'aquesta manera una part de la
calor absorbida pel panell solar és transferit al fluid que mitjançant uns
conductes d'un circuit primari serà conduït a un dipòsit d'emmagatzematge on
mitjançant un intercanviador s’encarregarà de transferir l'energia tèrmica a un
altre circuit secundari pel qual circula l'aigua sanitària o l'aigua d'un
circuit de calefacció.
Imatge extreta de monografia CENSOLAR
L'aplicació
de l'energia solar tèrmica per a l'escalfament d'aigua calenta sanitària (ACS)
és l'aplicació més estesa en el sector de l'edificació. L'aplicació com
calefacció és menys freqüent, a causa de que la màxima demanda de calefacció es
produeix en els mesos d'hivern que són els mesos amb menor radiació solar
disponible, motiu pel qual es necessita d'una major superfície de col·lectors
solars instal·lats, el qual té un menor rendiment anual perquè desaprofita
calor a l'estiu, podent a més ocasionar problemes de sobreescalfament dels
circuits en els mesos d'estiu. És per tot això que actualment la producció
d'aigua calenta sanitària (ACS) és l'aplicació més estesa de l'energia solar
tèrmica. Els sistemes estan dissenyats per cobrir el 100% de la demanda d'aigua
calenta sanitària (ACS) durant els mesos d'estiu, i el 50-80% del total de la
resta de mesos de l'any.
A
l'Estat Espanyol és obligatori des de l'any 2006 el Codi Tècnic d'Edificació
-CTE- el qual estableix l'obligació de proveir un percentatge d'aigua calenta
sanitària mitjançant col·lectors solars tèrmics en el Document Bàsic d'Estalvi
d'Energia, Secció HE 4 (Contribució solar mínima d'aigua calenta sanitària). El
percentatge que s'ha de cobrir amb energia solar tèrmica depèn de la zona
climàtica on s'ubiqui l'edifici, sent major on la radiació solar és major.
Aquesta obligació afecta:
- Els edificis de nova construcció o edificis existents en què es reformi íntegrament l'edifici en si o la instal·lació tèrmica, o en els que es produeixi un canvi d'ús característic d'aquest, en què hi hagi una demanda d'aigua calenta sanitària (ACS ) superior a 50 litres/dia
- Les ampliacions o intervencions, no cobertes en el punt anterior, en edificis existents amb una demanda inicial d'ACS superior a 5.000 litres/dia, que suposin un increment superior al 50% de la demanda inicial;
- Les climatitzacions de: piscines cobertes noves, piscines cobertes existents en què es renovi la instal·lació tèrmica o piscines descobertes existents que passin a ser cobertes.
Parts fonamentals de la instal·lació solar tèrmica en edificació:
- Subconjunt de captació
- Subconjunt d'emmagatzematge
- Subconjunt de termotransferència
- Subconjunt d'energia de suport
- Subconjunt de regulació i control
Subconjunt de captació
El
subconjunt de captació és l'encarregat de captar l'energia solar incident i
transformar-la en energia tèrmica i està formada bàsicament per col·lectors,
elements de subjecció i altres accessoris.
El
col·lector és l'encarregat de captar l'energia solar tèrmica. El col·lector més
comú és el de placa plana, encara que en les zones més fredes o amb menors
índexs de radiació s'utilitza el col·lector de buit, perquè el rendiment
segueix essent elevat a baixes temperatures o amb radiació difusa.
Imatge extreta de monografia FENERCOM
És
important que els col·lectors estiguin ubicats en cobertes i llocs alts per
evitar que siguin afectats per les ombres provocades per altres construccions,
arbres, etc ... La ubicació ha d'evitar que els col·lectors siguin fàcilment
accessibles en llocs públics, ja que en cas contrari poden ser afectats per
actes de vandalisme.
Els subconjunts de captació bàsicament poden ser
- sistemes termosifònics
- sistemes forçats
Sistema termosifònic
El
col·lector termosifònic és el sistema més utilitzat en habitatges unifamiliars
causa del seu baix cost econòmic i fàcil instal·lació, així com baix
manteniment. El seu funcionament és molt senzill ja que l'aigua s'escalfa a
través dels panells solars en un circuit primari, i aquest al seu torn escalfa
un dipòsit acumulador de doble envoltant on està l'aigua de consum o ACS.
Els
sistemes termosifònics utilitzats habitualment en un habitatge unifamiliar
tipus tenen un col·lector aproximat de 2-5 m2 i un dipòsit de
100-200 litres.
La
seva instal·lació és bastant senzilla i no requereix d'obres ni remodelacions.
S'instal·len tant en cobertes inclinades (teulades), com en cobertes planes
(terrats).
Sistemes Forçats
Aquest
tipus d'instal·lacions són més estètiques degut a que els captadors s'integren
perfectament a la teulada i l'acumulador s'instal·la a l'interior de
l'habitatge. En aquest tipus d'instal·lacions l'aigua és impulsada a través
d'una bomba de recirculació controlada per una centraleta.
Els
sistemes amb circulació forçada utilitzats en un habitatge unifamiliar tipus té
generalment un col·lector de 3 a 6 m2 i un acumulador d'150-400
litres.
Per
a instal·lacions grans que donen servei a edificis plurifamiliars, blocs
d'apartaments, hotels o edificis d'oficines s'utilitza una superfície de
col·lectors que pot variar des dels 10 fins a centenars de m2.
A
les instal·lacions mixtes que s'utilitzen per cobrir la demanda de calefacció a
més de la d'aigua calenta sanitària ACS s'utilitza una superfície de
col·lectors que està entre els 7 i els 20m2, i la capacitat de
l'acumulador entre els 300 i els 2.000 litres. Aquests sistemes són més
complexos que els que s'utilitzen només per a l'aigua calenta sanitària.
Subconjunt d'emmagatzematge
La
instal·lació d'energia solar tèrmica ha de tenir un sistema d'emmagatzematge de
l'energia, per fer front als períodes amb menor radiació solar.
La
forma més senzilla i habitual d'emmagatzemar energia és mitjançant acumuladors
d'aigua calenta de forma cilíndrica col·locats en vertical i preferiblement
d'una altura gran, de manera que s'afavoreixi el fenomen de l'estratificació.
L'estratificació es produeix en disminuir la densitat de l'aigua amb l'augment
de la temperatura de manera que com més gran sigui l'altura de l'acumulador
major serà la diferència entre la temperatura a la part superior i la inferior
del mateix. Per la part superior s'extreu l'aigua per al seu consum, mentre que
l'escalfament solar s'aplica a la part inferior. Així s'aconsegueix fer
funcionar els col·lectors a la mínima temperatura possible, el que augmenta per
tant el seu rendiment.
Subconjunt de transferència
El
subconjunt de transferència està format per l'intercanviador i aquells elements
de la instal·lació encarregats de transferir l'energia tèrmica del circuit
primari que transporta l'energia captada en els panells solars i el circuit
secundari per on circula l'aigua sanitària o la de la calefacció.
Un
altre element de vital importància en el subconjunt de termotransferència és el
dipòsit d'expansió que compleix la funció de absorbir les dilatacions de
l'aigua.
Subconjunt d'energia de suport
Com
ja s'ha dit anteriorment l'energia solar no permet satisfer la totalitat de la
demanda energètica, essent especialment important en el cas d'instal·lacions de
calefacció. En aquests períodes l'energia solar ha de ser complementada amb una
energia de suport.
Els
sistemes de suport poden ser molt variats, incloent calderes de biomassa, gas,
bombes de calor, resistències elèctriques, etc ....
És
per això que existeixen diferents possibilitats d'integrar un sistema auxiliar
d'energia de suport:
- Aplicar el sistema auxiliar directament a l'acumulador d'ACS.
- Aplicar el sistema auxiliar directament en un segon acumulador alimentat pel primer.
- Situar un sistema auxiliar instantani després de l'acumulador de l'ACS.
Subconjunt de regulació i control
Els
elements de regulació permeten assegurar que la instal·lació solar aporti
energia útil en tots els moments en què el balanç d'energia captada sigui major
a les perdudes, i que eviti la circulació en el circuit en els moments en què
no suposi un guany tèrmic o una disposició d'energia acumulada a l'exterior.
Els
elements de control serveixen per monitoritzar la instal·lació amb diverses
funcions com són el assegurar que en cap cas les bombes puguin estar en marxa
amb unes diferències de temperatures determinades per les característiques de
la instal·lació així com conèixer el període que la instal·lació solar ha estat
en funcionament.
