S. L. Innovación y Cualificación - Replanteo de instalaciones solares térmicas. ENAE0208

E p= S cF’ rU L(100 – t a) Δt K 1K 2

Donde:

S c= Superficie del captador (m 2)

F’ rU L= F rU L(F’ r/ F r)

Donde:

1 Fr UL = Pendiente de la curva característica del captador (coeficiente global de pérdidas del captador)

2 ta = Temperatura media mensual del ambiente

3 Δt = Período de tiempo considerado en segundos (s)

4 K1 = Factor de corrección por almacenamiento que se obtiene a partir de la siguiente ecuación: K1 = [kg acumulación /(75 Sc)]−0,25 37,5 < (kg acumulación) / (m2 captador) < 300 115

5 K2 = Factor de corrección, para A.C.S., que relaciona la temperatura mínima de A.C.S., la del agua de red y la media mensual ambiente, dado por la siguiente expresión:

K 2= 11,6 + 1,18 tac+ 3,86 t r– 2,32 t a/ (100 – t a)

Donde:

1 tac = Temperatura mínima del A.C.S.

2 tr = Temperatura del agua de red

3 ta = Temperatura media mensual del ambiente

Una vez obtenido D 1y D 2, aplicando la ecuación inicial se calcula la fracción de la carga calorífica mensual aportada por el sistema de energía solar.

De esta forma, la energía útil captada cada mes, Q u, tiene el valor:

Q u= f Q a

Donde:

1 Qa = Carga calorífica mensual de A.C.S.

2 Mediante igual proceso operativo que el desarrollado para un mes, se operará para todos los meses del año. La relación entre la suma de las coberturas mensuales y la suma de las cargas caloríficas, o necesidades mensuales de calor, determinará la cobertura anual del sistema:

Cuando se decide colocar una instalación solar térmica hay que calcular el lugar más idóneo de colocación de los colectores, ya que la radiación que incide sobre estos puede verse afectada por diversos elementos como arquitectónicos, vegetales e incluso de otros paneles solares, de ahí la importancia del estudio de las sombras.

Para lograr el máximo aprovechamiento de un sistema de energía solar térmica, habrá de tenerse en cuenta la presencia de posibles sombras sobre los captadores.

Aun cuando los captadores térmicos no son especialmente sensibles a las sombras y, por regla general, no dejan de funcionar cuando son parcialmente sombreados hasta en un 15-30 % de su superficie, esto reduce evidentemente su producción, sobre todo si las sombras se producen durante las horas centrales del día, en las cuales la insolación es máxima.

Como no siempre es posible evitarlas, para el estudio de sombras proyectadas sobre captadores debe tenerse en cuenta que el día más desfavorable es el solsticio de invierno. Así se garantiza que durante el periodo de la vida de la instalación, estas no se produzcan.

Importante

A la hora de dimensionar un sistema de colectores térmicos, todos los cálculos han de hacerse considerando las condiciones climatológicas existentes en los meses más desfavorables del año.

Una determinación exacta de las posibles sombras se puede realizar conociendo la altura solar y el azimut durante todo el año y así comprobar si algún obstáculo puede, en algún momento, llegar a ocultar el Sol e impedir que llegue la radiación solar al captador.

Una vez que se conocen la altura solar y el azimut correspondientes a la fecha y hora de cálculo, solo nos queda saber la altura del objeto para poder calcular la longitud de la sombra que proyecta. Para ello, nos serviremos del siguiente gráfico:

Y de la siguiente expresión:

sombra proyectada = l/tg ρ

Donde:

1 l = altura del objeto a partir de la cota donde se colocan los módulos.

2 ρ = altura solar (ángulo) a partir de las tablas de coordenadas.

El diagrama de sombras es una representación gráfica del área sombreada por un objeto en el transcurso de las horas centrales del día (horas de mayor radiación). La importancia de este diagrama radica en que nos permite tomar una decisión sobre la ubicación de los módulos sin sorpresas posteriores (módulos a la sombra) o bien evaluar la energía disponible en caso de que no sea posible encontrar una localización sin sombras.

El primer paso para representar el diagrama en planta es dibujar el objeto de estudio. A continuación se trazan unos ejes de coordenadas que coincidan con los puntos cardinales y se determina la escala del dibujo.

A partir de las tablas solares y de la expresión matemática del cálculo de sombras, se hacen los cálculos relativos a las horas centrales del día (de 9 a 15 h solar). Con el resultado de estos cálculos se confecciona una tabla de datos que nos ayudará a hacer el dibujo.

Comenzamos a dibujar los datos referentes al mediodía (12 h solar), que será una proyección de los vértices del objeto en dirección paralela al norte (dado que el Sol está al sur). A partir de esta proyección, se traza el resto teniendo en cuenta la desviación al sur según los datos de azimut.

En la siguiente figura se muestra la banda de trayectoria del Sol a lo largo de todo el año, válido para localidades de la península Ibérica y Baleares (para las islas Canarias el diagrama debe desplazarse 12° en sentido vertical ascendente). Dicha banda se encuentra dividida en porciones, delimitadas por las horas solares (negativas antes del mediodía solar y positivas después de este) e identificadas por una letra y un número (A1, A2,....., D14).

Cada una de las porciones representa el recorrido del Sol en un cierto periodo de tiempo (una hora a lo largo de varios días) y tiene, por tanto, una determinada contribución a la irradiación solar global anual que incide sobre la superficie del estudio. Así, el hecho de que un obstáculo cubra una de las porciones supone una cierta pérdida de irradiación, en particular aquella que resulte interceptada por el obstáculo.

Una de las principales aplicaciones del cálculo de sombras que proyecta un objeto es la de conocer si una línea de captadores solares hará o no sombra a otra que se encuentre detrás o, dicho de otra forma, calcular la distancia mínima de colocación entre baterías de captadores para evitar que los de delante tapen a los de atrás.

Donde:

1 L = longitud del captador.

2 a = ángulo de inclinación del captador.

3 dmin = distancia mínima entre los captadores para evitar sombras.

Tal y como muestra la figura anterior, la distancia mínima entre dos filas de captadores es la suma de dos longitudes: una, que corresponde a la ocupación del primer captador, (b) y otra, que corresponde a la sombra que proyecta (a).

La ocupación del primer captador se obtiene por trigonometría, a partir del triángulo que forma el captador con la horizontal y sería: