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

b = L cos α

Para calcular el valor de la sombra se necesita conocer el valor de la altura de la parte posterior del captador solar.

c = L cos α

Consejo

Al proyectar una instalación conviene situar los colectores solares separados entre ellos a una distancia algo mayor que la distancia mínima que debe existir entre ellos, para así asegurarse de que ningún colector se vea afectado por las sombras que proyectan los que le rodean.

Entonces:

a = c/ tg ρ

Agrupando las dos expresiones anteriores obtenemos:

D min= L · cos α + L · senα/ tg ρ = L (cos α + senα/ tg ρ)

Para hacer una estimación en planta de la superficie necesaria para la ubicación de los captadores, incluyendo a estos y la separación entre ellos, bastará con multiplicar el número de captadores por el valor de (a + b) y por la anchura de cada captador.

Aplicación práctica

María es la proyectista de una instalación de paneles solares térmicos cuyos captadores tienen una longitud de 1,5 m, y el producto de dicha longitud por el ángulo de inclinación de los paneles es 1,149. Conociendo a través de las tablas que la altura solar (ángulo) es de 35°, ¿a qué distancia mínima tendrá que colocar cada fila de colectores solares para evitar las sombras?

SOLUCIÓN

Primero calcularía la inclinación α de los colectores para poder hallar su seno y su coseno y así poder sustituir en la fórmula de la distancia mínima.

Dmin = L (cos α + senα/ tg ρ)

Primero se calcula α. Si L · cos α = 1,149, y L= 1,5, el cos α = 1,149/ 1,5 = 0,766. Luego α = 40°.

Ya solo quedaría aplicar la fórmula y sustituir:

Dmin = 1,5 (cos 40° + sen 40° / tg 35° ) = 2,5243 m

La energía solar térmica (EST) es un método de aprovechamiento en el que se transforma la energía radiante del Sol en calor, que sirve para la producción de agua caliente destinada al consumo doméstico, agua caliente sanitaria, calefacción, etc., o para producción de energía mecánica y, a partir de ella, de electricidad.

El lugar en el que tiene lugar la transformación de la energía radiante en calor recibe el nombre de captador solar.

La EST aprovecha la componente directa y difusa de la radiación total. La conversión de energía radiante en calor se realiza por los mecanismos de conducción, convección y radiación.

Por conducción, se produce la transferencia de calor desde una región que está a una temperatura hasta otra que está a una temperatura inferior en el mismo medio o entre diferentes medios que se encuentran en contacto. Si la transferencia de calor se produce por el desplazamiento de materia entre regiones con diferentes temperaturas, entonces se trata de convección. La convección se produce únicamente en materiales fluidos (líquido o gas). Al hablar de radiación, hacemos referencia al flujo de calor entre dos cuerpos que están a distinta temperatura, sin que en este caso se requiera ningún medio material.

La radiación solar que llega a un colector lo hace sobre la cubierta transparente. Una parte será reflejada, volviendo al exterior, y otra se transmitirá, y de esta que se transmite, la cubierta absorberá una parte.

El factor económico es el principal problema en el aprovechamiento de la energía solar. El costo de la instalación de un sistema convencional de gas o de electricidad para calentar agua es, inicialmente, barato pero después debemos abonar mensualmente el importe del suministro correspondiente. Esto no ocurre con la energía solar, ya que es totalmente gratuita. El importe de una instalación de placas solares, con un acumulador, para una familia de cuatro miembros es de unos 1.000 €. Esto implica que la amortización de la instalación comienza al cabo de tres años y, posteriormente, se realiza dicha amortización por completo, teniendo un gasto mínimo de mantenimiento y de energía supletoria para estaciones del año más frías y con menos horas de Sol.

Sistema de captación de energía solar. Alta temperatura

Importante

No confundir energía solar térmica con energía solar fotovoltaica, ya que sus fundamentos son muy diferentes. La energía solar térmica aprovecha la radiación para calentar un fluido, mientras que la energía solar fotovoltaica utiliza la radiación para producir electricidad a partir del movimiento de los electrones de las células fotovoltaicas.

El efecto invernadero es la base principal en el funcionamiento de los captadores solares. La cubierta transparente es atravesada por la radiación solar, de longitud de onda corta. Esta es absorbida y transformada en energía térmica por el absorbedor del captador. Dicho absorbedor, cuando se calienta, emite radiaciones de longitud de onda larga, la cual no puede salir fuera, debido a que la cubierta transparente es opaca frente a esta radiación, siendo mínima la pérdida de energía por radiación. También se disminuyen las pérdidas de calor por convección, debido a que la cubierta transparente evita el contacto directo del absorbedor con el aire ambiente.

El Sol es la principal fuente de vida en la Tierra. La energía solar es la causante de la mayoría de las energías renovables.

La energía solar se aprovecha de distintos modos, y uno de ellos es la producción de electricidad para cualquier uso. Así, también podemos calentar agua para su uso directo o podemos utilizarla como calefacción de edificios.

Cuanto más pequeña sea la longitud de onda, más grande será la frecuencia, es decir, más veces se repite la onda en el tiempo y, por tanto, puede ser transportada mayor energía.

Se llama constante solar a la radiación solar (flujo o densidad de potencia de la radiación solar) recogida fuera de la atmósfera sobre una superficie perpendicular a los rayos solares.

Según cómo llegue la luz solar a la superficie de la Tierra, podemos clasificar la radiación en tres tipos diferentes: directa, dispersa o difusa y albedo.

Para aprovechar al máximo esa radiación solar, la orientación de los captadores se hace hacia el sur en el hemisferio norte y hacia el norte en el hemisferio sur.

Para el dimensionado de las instalaciones de energía solar térmica se sugiere el método de las curvas f (F-Chart), que permite realizar el cálculo de la cobertura de un sistema solar, es decir, de su contribución a la aportación de calor total necesario para cubrir las cargas térmicas, y de su rendimiento medio en un largo período de tiempo.

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.

Ejercicios de repaso y autoevaluación