Sistemas de calefacción solar (o sistemas solares térmicos)
En este articulo hablaremos acerca de los sistemas de calefaccion solar o sistemas solares termicos
sistemas de calefaccion solar o sistemas solares termicos
¿ Que son los sistemas de calefaccion solar ?
Los sistemas solares térmicos, o sistemas solares de calefaccion, están hechos para la producción de agua caliente sanitaria (ACS) , para la calefacción de espacios , para calentar el agua de la piscina o para el acondicionamiento de verano.
¿Cuales son los componentes de un sistema solar térmico?
Por lo general, un sistema solar térmico consta de los siguientes elementos:
- Panel solar térmico , que recibe la radiación solar. La radiación solar es absorbida por una placa absorbente negra dentro del colector solar, que luego transfiere la energía capturada al fluido convector, que fluye a lo largo de las tuberías del sistema.
- El tanque de almacenamiento de agua caliente, generalmente también contiene una bobina o resistencia.
- Intercambiador , que se utiliza para hacer circular el fluido convector desde el panel solar hasta el tanque.
Elementos de un sistema solar térmico *
Tipos de sistemas termosolares
Dependiendo de la forma en que el fluido convector circula desde el panel solar térmico al tanque de almacenamiento, existen dos tipos de sistemas: plantas de circulación natural y sistemas de circulación forzada.
- Plantas de circulación natural : sistemas en los que el fluido circula naturalmente, debido a la gravedad.
- Sistemas de circulación forzada : sistemas en los que, para hacer circular el fluido, se utilizan bombas y, por lo tanto, energía eléctrica.
Sistemas solares térmicos de circulación natural
¿Qué son los sistemas de circulación natural?
Las centrales térmicas solares con circulación natural o termosifón, se utilizan para la producción de agua caliente sanitaria y para la calefacción de viviendas.
En las plantas de circulación natural, como su nombre lo indica, el líquido convector circula de forma “natural” , sin el uso de bombas o electricidad.
Estos sistemas consisten en un circuito hidráulico cerrado entre el tanque de almacenamiento (que recoge el agua a calentar) y el panel. Está cerrado porque el fluido continúa circulando continuamente entre el panel y el tanque.
El tanque se coloca horizontalmente , en una posición más alta que el panel solar . La circulación de fluidos ocurre por convección. El agua se calienta y tiende a subir. P
or esta razón, el fluido, cuando ingresa al panel solar, se calienta y tiende a elevarse hacia el tanque (razón por la cual está en una posición más alta que los paneles).
Aquí el líquido cede parte de su calor al agua (que es entonces el agua caliente sanitaria que se usa en el hogar) y luego, al enfriarse, tiende a regresar hacia abajo (hacia el panel), dando vida a un nuevo ciclo.
Sistema termosolar de circulación natural *
Ventajas de los sistemas termosolares de circulación natural.
- Bajos costos
- Instalación simple
- Mantenimiento sencillo del sistema
- Menor rendimiento que las plantas de circulación forzada.
Desventajas de los sistemas solares térmicos con circulación natural.
- El tanque de almacenamiento debe colocarse necesariamente en una posición por encima del panel solar.
- Es necesario que el edificio esté equipado con una estructura de cubierta (o ático) capaz de albergar un tanque pesado y soportar las cargas transmitidas por el tanque.
Sistema solar termico de circulacion forzada
circulación forzada para un calentador solar de agua es una instalación en la que el agua circula dentro del circuito accionado por una bomba.
Con el sistema de circulación forzada, el movimiento del agua en el circuito cerrado es forzado por una bomba.
Esta característica hace una gran diferencia con respecto a las instalaciones de agua caliente sanitaria con termosifón .
De esta manera, mueve artificialmente el agua caliente no al punto más alto del circuito cerrado, pero lo hace desde los colectores solares hasta donde se encuentra el acumulador .
En muchas ocasiones no es viable instalar equipos solares térmicos para obtener agua caliente sanitaria por termosifón , ya que a menudo la ubicación de los colectores solares está por encima del acumulador (por ejemplo, colectores en el techo y acumuladores dentro de la vivienda, campos de colectores, etc. .).
En este tipo de instalación termosolar, el agua que circula entre los colectores solares y el acumulador no puede hacerlo por convección natural, ya que el agua más caliente (hacia los colectores solares) ya está en su punto más alto y no existe una fuerza natural que lo haga desplazarse.
El agua fría que ya está en el punto más bajo y es la más pesada. Para lograr la circulación del agua, se necesitará una bomba de agua convencional, que requerirá la contribución de una fuente de energía externa.
El circulador (bomba) conduce el fluido (generalmente desde el fondo del acumulador , zona fría) hacia la parte inferior de los colectores solares .
Los sistemas forzados son siempre indirectos, excepto por el uso de calefacción de piscinas donde se puede usar el propio sistema de filtración de agua del recipiente.
Al utilizar una fuente de energía externa, esta forma de aprovechar la energía solar ya no puede considerarse un sistema de energía solar pasivo .
Si, además, la fuente de electricidad no proviene de una fuente de energía renovable , tampoco puede considerarse como una forma de energía completamente renovable.
Ventajas y desventajas de la circulación forzada para calentadores solares de agua.
Al elegir una circulación forzada para un calentador solar de agua, se deben tener en cuenta las ventajas y desventajas asociadas con este sistema.
Ventajas del sistema de circulación forzada.
La principal ventaja de la circulación forzada para el calentador solar de agua es que la estructura de la casa no condiciona su ubicación. En una instalación termosolar con termosifón se requiere colocar el acumulador afuera ya que debe ser más alto que los colectores solares .
En este caso, el tanque de almacenamiento de agua caliente puede estar dentro del edificio y afuera solo será necesario instalar los paneles solares .
La posibilidad de colocar el acumulador en el interior de la casa le permite instalar un acumulador más grande, está mejor aislado y, al no estar expuesto a la intemperie, mejorará su durabilidad.
La eficiencia térmica es mayor que en el sistema solar térmico con termosifón porque al regular la velocidad del agua que circula a través del colector solar se puede optimizar para obtener el máximo rendimiento térmico de acuerdo con las leyes de la termodinámica .
Desventajas del sistema de circulación forzada.
Por otro lado, los sistemas de circulación forzada implican ciertos inconvenientes:
El sistema requiere la instalación de una bomba de agua para permitir la circulación del agua. La presencia de la bomba implica un aumento en el costo de mantenimiento ya que aparecen más elementos con la posibilidad de sufrir fallas.
La eficiencia energética general de la circulación forzada para el calentador solar de agua es menor que con el sistema de termosifón .
Aunque antes explicamos que la eficiencia térmica era mayor, debe tenerse en cuenta que se debe invertir una cierta cantidad de energía eléctrica para el funcionamiento de la bomba de agua.
Elementos básicos de circulación forzada para calentador solar de agua.
La circulación forzada para el calentador solar de agua tiene los siguientes elementos:
Colectores solares : los colectores solares son responsables de transformar la radiación solar en energía térmica .
Como en estos conjuntos la circulación del fluido a través del colector es forzada, las pérdidas de carga (resistencia al paso del agua) no son una limitación importante con respecto a su valor, ya que pueden compensarse al elegir la bomba de agua.
Lo que será vital es conocer las pérdidas de carga de seleccionar la bomba de circulación óptima.
En instalaciones termosolares de circulación forzada , los colectores solares verticales y / u horizontales se pueden usar indistintamente según los criterios de integración, aunque los verticales tienen un mejor rendimiento.
Acumulador: el acumulador es un tanque donde se almacena el agua calentada. Este tipo de ensamblaje permite el uso de resistencia variable en términos del acumulador, ya que el circulador pasará el agua a través del intercambiador de calor que lo incorpora o desde un intercambiador externo para instalaciones con altos volúmenes de acumulación.
Sistema de control de circulación forzada para calentador solar de agua.
En los dispositivos con circulación forzada se debe controlar la bomba para que solo conduzca el agua en momentos en que puede haber ganancia de energía (un momento en que la luz del sol y, por lo tanto, los sensores de temperatura del fluido exceden los del acumulador).
Evitar el desperdicio de energía durante las horas nocturnas o cuando la radiación solar recibida es insuficiente.
El termostato diferencial es el dispositivo responsable de esta función. El termostato diferencial compara continuamente las temperaturas del colector y el acumulador encendiendo o apagando la bomba dependiendo de qué temperatura sea más alta.
Elementos de seguridad de circulación forzada para calentador solar de agua.
Para proteger el colector solar de la sobrepresión, es obligatorio instalar una válvula de seguridad en cada grupo o fila de paneles solares .
Por otro lado, el circuito primario estará equipado con un grupo de seguridad que consistirá en al menos: un recipiente de expansión, una válvula de seguridad y un medidor de presión.
Además, estas instalaciones incorporarán sistemas de protección activa contra bajas temperaturas (heladas) o contra altas temperaturas (sobrecalentamiento).
Grupo de circulación
El grupo de circulación es un elemento esencial en la circulación forzada para calentadores de agua solares.
Es el elemento que permite la circulación del fluido a través del circuito, generalmente una bomba.
El grupo de circulación generalmente se ubicará en la parte inferior del acumulador (zona fría), hacia la parte inferior de los colectores. Además, tendrá los siguientes elementos:
- Circulador electromecánico para circuitos cerrados, del tipo utilizado en circuitos de calefacción.
- Válvula de retención, para evitar la circulación inversa no controlada.
- Regulador de flujo, que permitirá ajustar el flujo del circuito.
- Filtro, que garantizará la durabilidad de los elementos del circuito.
