Configuraciones y Cálculo en Instalaciones Solares Térmicas

Clasificación de las Configuraciones de Instalaciones de Energía Solar

Sistemas Directos

Son sistemas simples y de mejor rendimiento. Se produce una circulación directa del ACS (Agua Caliente Sanitaria) sin intercambiador por los colectores y el almacenamiento de esa agua de consumo.

Sistemas Indirectos

Existe un intercambiador que transfiere el calor captado en el fluido caloportador del circuito primario de los colectores al agua fría de la red que se desea calentar para el consumo.

Circulación Forzada

El fluido caloportador circula por el circuito primario gracias a un electrocirculador. El caudal es mayor que en el de termosifón.

Termosifón

La circulación se produce de forma natural gracias a las fuerzas convectivas que provocan la circulación del fluido por la diferencia de temperatura entre el agua fría del acumulador y la caliente del colector.

Formas de Conectar el Sistema de Captación

En Serie

Aumenta la temperatura del agua a costa de disminuir el rendimiento de la instalación (para temperaturas altas).

Paralelo

Utilizado para la producción de ACS. Se consigue un rendimiento óptimo de todos los colectores.

Mixto

Se utiliza en grandes superficies de captación en las que se necesiten temperaturas muy altas en la salida.

Partes de una Instalación Solar

• Sistema de captación
• Sistema de intercambio y acumulación
• Sistema de regulación y control
• Sistema de apoyo
• Sistema hidráulico
• Sistema de consumo

El Sistema de Captación: Función y Tipos

Es el encargado de captar la radiación solar, transformarla en calor y transmitir esta forma de energía a un fluido caloportador.

Tipos de Captadores Solares

• Colectores solares no vidriados
• Colectores solares planos
• Tubos de vacío
• Captadores esféricos

Colectores de Tubo Evacuado

Formados por tubos de vidrio en cuyo interior se encuentra el absorbedor y la tubería. En estos tubos se ha hecho el vacío para disminuir las pérdidas por conducción y convección entre el absorbedor y el vacío.

Procesos de Selección de la Superficie de Captación Solar

• Demanda energética
• Aportación solar
• Cobertura solar mínima

Factores Necesarios para el Cálculo de la Demanda Energética del Edificio y de la Aportación Solar

• Características de la demanda energética
• Datos climáticos
• Orientación, inclinación y sombra de los captadores
• Características del captador solar empleado
• Tipo de circuito

Cálculo de la Demanda Energética

Qué se Necesita para Saber la Demanda Energética

El caudal de agua a suministrar. Necesitamos una potencia o demanda energética en Kcal/h o en kW. Depende de dos factores:

• Zona climática
• Ocupación y tipología del edificio

Cómo se Calcula la Demanda Energética

Se realiza a partir del consumo de agua en l/día, la temperatura de entrada del agua de red y la temperatura de diferencia para ACS (se calculan 12 valores anuales).

Fórmulas:

• DE mes = Qdía · N · (tacs - taf) Kcal/h mes
• DE mes = Qdía · N · (tacs - taf) · 1,10 · 10^-3 = kWh/mes

Factores que Afectan el Rendimiento del Captador

• Radiación media diaria
• Inclinación del captador
• Orientación del captador

Cálculo de la Energía Disponible del Sol

Pasos para Determinar la Energía Disponible del Sol

• Radiación solar media
• Corrección de la radiación solar media (Hcorregido)
• Radiación solar efectiva o energía útil
• Aporte de energía solar
• Superficie de captadores
• Energía auxiliar
• Cobertura solar

Cómo se Calcula la Radiación Solar Media

Depende de la latitud del lugar y evalúa la radiación media diaria que recogería el captador solar si estuviera en m² y estuviera colocado en forma horizontal.

Factores que Varían la Radiación Solar Media

Varía en función del aire:

• Aire limpio: Hcorregido = 1,5 · H(aire limpio)
• Aire con polución: Hcorregido = 0,95 · H(aire con polución)

Se puede dar en MJ/m² o en kWh/m².

Cuál es la Radiación Solar Efectiva o Energía Útil

Es la energía que verdaderamente llega al captador teniendo en cuenta la inclinación, sin tener en cuenta el rendimiento.

Fórmula: Eu = 0,94 · % pérdidas · Hcorregida

Orientación e Inclinación Adecuada

La óptima es la del sur geográfico.

Rendimiento del Colector

El rendimiento del captador solar es la relación entre la energía útil aportada al fluido caloportador y la radiación solar sobre la cubierta del mismo.

Fórmulas:

• η = QU / Qr (en vatios)
• η = QU / (I · A) (en W/m²)