bombas de calor por energia solar
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BOMBAS DE CALOR POR ENERGIA SOLAR
CAPTACIÓN TÉRMICA DE LA ENERGÍA SOLAR
Se entiende por captación térmica de la energía solar al procedimiento de
transformación de la energía radiante del sol en calor o energía térmica.
Nos referimos a aplicaciones de la energía solar a baja temperatura cuando la
energía térmica que se obtiene se utiliza para temperaturas inferiores a 80 ºC.
Se pretende de esta forma obtener a partir del sol una energía que podemos
utilizar en aplicaciones térmicas: calentar agua sanitaria, usos industriales,
calefacción de espacios, calentamiento de piscinas, secaderos, etc.
Principio de funcionamiento
Cuando se expone una placa metálica al sol, se calienta, pero si además esta
placa es negra, la energía radiante del sol es absorbida en mayor medida.
Cuando se calienta la placa negra ésta aumenta su temperatura con lo cual
empieza a perder calor por los distintos mecanismos: por conducción a través
de los soportes que lo sujetan, por convección a través del aire que le rodea y
por radiación.
Efecto invernadero
Al colocar un cristal entre la placa absorbedora y el sol ocurre que, como el
cristal es transparente a la radiación solar pero es opaco a la radiación
infrarroja, no deja pasar la radiación de mayor longitud de onda que emite la
placa al calentarse.
De esta forma se produce una “trampa energética de radiaciones” que impide
que la energía radiante que ha atravesado el vidrio vuelva a salir; esta trampa
constituye el denominado efecto invernadero.El vidrio también evita el contacto
directo de la placa con el aire del medio ambiente con lo que, además, se
evitarán las pérdidas por convección antes referidas
El captador solar plano
Si se completa el conjunto de la placa absorbedora con el vidrio aislándolo por
la parte posterior y por los laterales se consigue que la placa pierda menos
calor y, por tanto, aumente su temperatura. Si a la placa se adhiere un
serpentín o un circuito de tubos por la que se pueda circular un fluido se habrá
conseguido que el fluido aumente su temperatura al circular por la placa con lo
que se estará evacuando la energía térmica de la placa. El fluido caliente se
podrá conducir a través de un circuito hidráulico hasta donde se quiera. Si todo
el conjunto anterior se encierra en una caja para sujetar todos los componentes
y evitar que se deterioren por los agentes exteriores se habrá realizado el
denominado captador solar plano.
Funcionamiento básico de una Instalación solar
FUNCIONAMIENTO
Básicamente el funcionamiento de una instalación (en lo que sigue, lo que se
diga para una instalación solar térmica, incluye a los equipos solares
domésticos) es el siguiente:
- Captación de la energía radiante para transformarla directamente en energía
térmica, con el aumento de temperatura de un fluido de trabajo.
- Almacenamiento de dicha energía térmica, bien en el mismo fluido de trabajo
de los colectores, o bien transferida al agua de consumo para su posterior
utilización.
Instalación Termica funcionando por termosifon
Estas funciones se pueden complementar con la producción de energía térmica
mediante un sistema convencional. En cualquier instalación solar térmica se
denomina circuito primario al circuito hidráulico formado por los colectores y las
tuberías que los unen al acumulador, y es el encargado de recoger la energía
térmica del colector y transferirla al acumulador solar directamente o a través
de un intercambiador de calor. Por el circuito secundario siempre circula agua
de consumo.
La transferencia de energía solar al agua del acumulador se realiza por la
circulación del fluido contenido en el circuito primario. Este se calienta a su
paso por los colectores y se enfría cuando pasa a través del sistema de
intercambio, al transmitir el calor al agua del consumo. El agua caliente del
sistema de acumulación queda almacenada y dispuesta para ser consumida.
Cuando la temperatura del agua caliente solar es inferior a la del consumo,
sobre unos 45º, el sistema de energía auxiliar se encarga de realizar el
calentamiento adicional hasta alcanzar la temperatura deseada.
Funcionamiento basico de un equipo solar domestico
Un equipo solar doméstico, al igual que una instalación solar, puede estar
constituido por:
- Un sistema de captación formado por uno o varios captadores que
transforman la radiación solar incidente en energía térmica de forma que se
calienta el fluido de trabajo que aquellos contienen.
- Un sistema de acumulación constituido por un depósito que almacena el agua
caliente hasta que se precise su uso.
- Un sistema de intercambio que realiza la transferencia de energía térmica
captada desde el circuito de colectores, o circuito primario, al agua caliente que
se consume.
- Un circuito hidráulico constituido por tuberías, bombas, válvulas, etc., que se
encarga de conducir el movimiento del fluido caliente desde el sistema de
captación hasta el sistema de acumulación y desde éste a la red de consumo.
- Un sistema de regulación y control que fundamentalmente se encarga de
asegurar el correcto funcionamiento del equipo, para proporcionar un adecuado
servicio de agua caliente y aprovechar la máxima energía solar térmica posible.
Por otro lado, pueden incorporar distintos elementos de protección de la
instalación.
- Adicionalmente los equipos suelen disponer de un sistema de energía auxiliar
que se utiliza para complementar el aporte solar suministrando la energía
necesaria para cubrir la demanda prevista garantizando la continuidad del
suministro de agua caliente en los casos de escasa radiación solar o consumo
superior al previsto.
Sistemas de calefaccion
Los sistemas de calefacción solar son equipos especiales que utilizan la
energía del sol para calentar o enfriar estructuras existentes. Los sistemas
pasivos implican diseños de estructuras que utilizan la energía solar para
enfriar y calentar. Por ejemplo, en esta casa, un espacio solar sirve de
colector en invierno cuando las persianas están abiertas y de refrigerador
o nevera en verano cuando están cerradas. Muros gruesos de hormigón
permiten oscilaciones de temperatura ya que absorben calor en invierno y
aíslan en verano. Los depósitos de agua proporcionan una masa térmica
para almacenar calor durante el día y liberarlo durante la noche.
RECOGIDA DIRECTA DE ENERGÍA SOLAR
La recogida directa de energía solar requiere dispositivos artificiales
llamados colectores solares, diseñados para recoger energía, a veces
después de concentrar los rayos del Sol. La energía, una vez recogida, se
emplea en procesos térmicos o fotoeléctricos, o fotovoltaicos. En los
procesos térmicos, la energía solar se utiliza para calentar un gas o un
líquido que luego se almacena o se distribuye. En los procesos
fotovoltaicos, la energía solar se convierte en energía eléctrica sin ningún
dispositivo mecánico intermedio. Los colectores solares pueden ser de dos
tipos principales: los de placa plana y los de concentración.
Colectores de placa plana
En los procesos térmicos los colectores de placa plana interceptan la
radiación solar en una placa de absorción por la que pasa el llamado fluido
portador. Éste, en estado líquido o gaseoso, se calienta al atravesar los
canales por transferencia de calor desde la placa de absorción (véase
Calor; Transferencia de calor). La energía transferida por el fluido
portador, dividida entre la energía solar que incide sobre el colector y
expresada en porcentaje, se llama eficiencia instantánea del colector. Los
colectores de placa plana tienen, en general, una o más placas cobertoras
transparentes para intentar minimizar las pérdidas de calor de la placa de
absorción en un esfuerzo para maximizar la eficiencia. Son capaces de
calentar fluidos portadores hasta 82 °C y obtener entre el 40 y el 80% de
eficiencia.
Los colectores de placa plana se han usado de forma eficaz para calentar
agua y para calefacción. Los sistemas típicos para casa-habitación
emplean colectores fijos, montados sobre el tejado. En el hemisferio norte
se orientan hacia el Sur y en el hemisferio sur hacia el Norte. El ángulo de
inclinación óptimo para montar los colectores depende de la latitud. En
general, para sistemas que se usan durante todo el año, como los que
producen agua caliente, los colectores se inclinan (respecto al plano
horizontal) un ángulo igual a los 15° de latitud y se orientan unos 20°
latitud S o 20° de latitud N.
Además de los colectores de placa plana, los sistemas típicos de agua
caliente y calefacción están constituidos por bombas de circulación,
sensores de temperatura, controladores automáticos para activar el
bombeo y un dispositivo de almacenamiento. El fluido puede ser tanto el
aire como un líquido (agua o agua mezclada con anticongelante), mientras
que un lecho de roca o un tanque aislado sirven como medio de
almacenamiento de energía.
Las placas colectoras utilizan la energía del Sol para calentar un fluido
portador que, a su vez, proporciona calor utilizable en una casa. El fluido
portador, agua en este caso, fluye a través de tuberías de cobre en el
colector solar, durante el proceso absorbe algo de la energía solar.
Después, se mueve hasta un intercambiador de calor donde calienta el
agua que se utilizará en la casa. Por último, una bomba lleva de nuevo
el fluido hacia el colector solar para repetir el ciclo.
Colectores de concentración
Para aplicaciones como el aire acondicionado y la generación central de
energía y de calor para cubrir las grandes necesidades industriales, los
colectores de placa plana no suministran, en términos generales, fluidos con
temperaturas bastante elevadas como para ser eficaces. Se pueden usar en
una primera fase, y después el fluido se trata con medios convencionales de
calentamiento. Como alternativa, se pueden utilizar colectores de
concentración más complejos y costosos. Son dispositivos que reflejan y
concentran la energía solar incidente sobre un zona receptora pequeña.
Como resultado de esta concentración, la intensidad de la energía solar se
incrementa y las temperaturas del receptor (llamado ‘blanco’) pueden
acercarse a varios cientos, o incluso miles, de grados Celsius. Los
concentradores deben moverse para seguir al Sol si se quiere que actúen
con eficacia; los dispositivos utilizados para ello se llaman heliostatos.
Agua Caliente Solar para Calefacción y uso Sanitario
Es un recurso que nos permite ahorrar hasta un 80 % de la energía tradicional
para el calentamiento del agua a un costo razonable.
Es una excelente solución para lugares aislados de las redes de gas como son
quintas, campos y campamentos, como así también estaciones de servicio y
todo comercio ubicado sobre las rutas.
Debemos aclarar la necesidad de siempre contar con medios auxiliares de
calentamiento pues, como es sabido, los recursos alternativos de energía no
tienen la continuidad de las redes públicas de suministro de agua ó electricidad,
y hay épocas de año en las que el recurso solar se ve restringido por la
continuidad de muchos días nublados. Es importante aclarar que solo es
necesario contar con días de sol ya que es un sistema de mucho rendimiento y
se ve muy poco afectado por la temperatura ambiente mientras haya sol.
Fundamentalmente estamos comparando el uso con los sistemas de gas
envasado y no con la red pública de gas natural, lo que no quita que algunos
usuarios prefieran instalarlos igual para lograr ahorros de energía por su
concepción ecológica.
Tubos de alto vacío: La captación de la energía solar se realiza por medio de
un tubo de pared doble, que está cerrado al alto vacío, de esta forma, como se
observa en la figura, se produce un aislamiento térmico muy eficiente y por otro
lado, al ser transparente, los rayos inciden en el tubo interior.
Esto da una superficie de color negra de máxima absorbancia de los rayos
solares inclusive en la gama de los infrarrojos.
Tanques de acero inoxidable: El acero inoxidable, necesario para garantizar la
durabilidad de estos equipos, ya que la vida media es de 20 años. De esa
manera la inversión está garantizada. Aislados con poliuretano expandido.
Sellos de acople en el tanque: Estos sellos son de gran importancia ya que
evitan que el agua se filtre entre la pared del tubo y el tanque. Deben tener
gran precisión para adaptarse al vidrio y ser construidos de un material que no
pierda la elasticidad en los años de vida útil del equipo.
Agua Caliente Solar para Calefacción y uso Sanitario
Para logra una eficaz provisión de agua caliente, se deberán tener en cuenta
factores como volumen de agua a consumir, ubicación geográfica del
establecimiento, tipo de colector del equipo, etc. .
OTROS USOS DE LA ENERGIA SOLAR
Introducción a la energía solar fotovoltaica
La energía fotovoltaica está basada en el aprovechamiento del efecto
fotovoltaico. Se produce una fuerza electromotriz por la absorción de luz en un
material semiconductor. La energía recibida provoca el movimiento de los
electrones en el interior del material. Cuando sobre una célula solar incide la
radiación procedente del sol, se produce una tensión como la existente en las
bornas de las pilas. Para poder sacar la energía eléctrica, se colocan contactos
metálicos en cada una de las caras del panel. En la cara sobre la que va a
incidir la radiación solar, estos contactos tienen forma de rejilla, para permitir
que esta radiación pueda pasar, a la vez que nos permite sacar la energía
eléctrica producida.
Este tipo de energía, presenta muchas ventajas desde el punto de vista
medioambiental, ya que:
Es una energía renovable e inagotable en la escala temporal del ser
humano.
Recurso gratuito.
Impacto medioambiental relativamente pequeño.
Tiene un menor mantenimiento que otros sistemas de obtención de
energía, ya que no tiene partes móviles.
PANELES SOLARES
Los paneles solares contienen celulas fotovoltáicas de silicio que son capaces
de transformar directamente la luz solar en energía eléctrica.
La energía eléctricagenerada de esa manera puede ser almacenada en
baterias para su aprovechamiento en forma de corriente de 120 o 220 voltios.
Las celulas fotovoltáicas son dispositivos semiconductores de estado sólido
que comvierte la luz directamente en eléctricidad.
ESQUEMA DEL FUNCIONAMIENTO:
Además de esto, la implantación generalizada de este tipo de energías
renovables en instalaciones y edificios, produciría beneficios en la red eléctrica,
al estar la generación más cerca de los consumos..
El funcionamiento básico de una de estas instalaciones es el siguiente:
SOL PANELES SOLARES INVERSOR RED
El funcionamiento básico de estos sistemas consiste en inyectar a la red toda la
energía generada por el campo. La energía procedente de los paneles solares
viene en forma de corriente continua, mientras que la potencia que se va a
inyectar a red, debe que ser corriente alterna (ya que es la que existe en la
red). Por lo tanto, hace falta utilizar un dispositivo que nos convierta la energía
en corriente continua a energía en corriente alterna. Esto se puede conseguir
usando un dispositivo llamado inversor, que entre otras cosas realiza las
siguientes funciones:
1. Transformar la corriente continua en alterna.
2. Conseguir el mayor rendimiento del campo fotovoltaico.
3. Realizar el acoplamiento a la red.
4. Protecciones.
