Para desarrollar diseños correctos de instalaciones se proponen cuatro principios o normas fundamentales que contribuirán a lograr un óptimo aprovechamiento de la energía solar térmica.
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1º PRINCIPIO: CAPTAR LA MÁXIMA CANTIDAD POSIBLE DE ENERGÍA SOLAR
A veces se cree, de forma errónea, que si la superficie colectora está bien dimensionada y la inclinación es la adecuada se cumple automáticamente este principio, pero no es así.
No solo tendremos que poner la superficie idónea de colectores solares para poder captar la energía necesaria y elegir la inclinación adecuada para desaprovechar la mínima cantidad de energía solar disponible cada mes, sino que además deberemos regular la captación de la energía solar para convertirla en energía útil.
Para eso hay que medir y comparar de forma permanente y constante la temperatura en los colectores y en el almacenamiento, y disponer de los mecanismos automáticos (termostato diferencial) para que en el circuito primario se establezca o no la circulación del fluido y conseguir un incremento neto de energía útil acumulada, según el momento sea o no favorable.
La regulación diferencial será indispensable, excluyendo para este tipo de instalaciones sistemas que solo tienen un termostato que prefija una determinada temperatura en el colector o en el almacenamiento y la utiliza como único parámetro para arrancar o parar la bomba de recirculación.
Para captar la máxima cantidad posible de energía solar no basta con disponer del suficiente número de colectores con la inclinación idónea; es también necesaria una regulación diferencial que asegure que el momento es favorable para conseguir un incremento en la energía útil almacenada.
2º PRINCIPIO: CONSUMIR PRIORITARIAMENTE LA ENERGÍA SOLAR
La energía auxiliar (convencional) no es gratuita; por lo tanto, lo ideal sería que el consumo se nutriese únicamente con la energía solar, debiendo recurrir a la energía de apoyo solo en los casos en que la solar se agote o no sea suficiente para cubrir toda la demanda energética en un momento determinado.
El diseño general de la instalación solar, y en particular de los depósitos de acumulación o almacenamiento, primará ante todo el uso prioritario de la generación solar frente a la generación por el equipo auxiliar o de apoyo.
En caso de que exista una resistencia eléctrica accionada por un termostato que la ponga en funcionamiento cuando la temperatura del agua acumulada descienda de un cierto valor, se deberá graduar a la temperatura más baja posible compatible con el consumo para asegurarnos que solo entre en funcionamiento cuando casi no quede energía solar acumulada.
La energía auxiliar o de apoyo solo debe ser utilizada en caso de que la energía solar no sea suficiente.
3º PRINCIPIO: COMPLEMENTAR CORRECTAMENTE LA ENERGÍA SOLAR Y LA CONVENCIONAL
Este principio es consecuencia directa del anterior.
Al precalentar mediante energía solar todo el agua que será posteriormente consumida, el nivel de temperatura que se consigue es con frecuencia inferior al deseado. La complementariedad consistiría en alcanzar la temperatura deseada añadiendo la energía auxiliar estrictamente necesaria.
En la realización práctica de lo anterior se pueden presentar dos casos:
- Producción instantánea de la energía de apoyo.
En este caso el generador de apoyo aportará la potencia necesaria, variable en función de la temperatura obtenida en el precalentamiento solar, situándolo a la salida del acumulador solar tal y como muestra la figura.
Este sistema es idóneo y recomendable para viviendas que usan calentadores instantáneos de gas cuya llama de gas (y por tanto su potencia) se regule automáticamente en función de la temperatura, ya que si se utilizaran
calentadores de gas corrientes de llama constante y la temperatura de entrada del agua solar precalentada por la instalación solar fuese ya suficientemente alta se podrían originar temperaturas de salida elevadas, con peligro incluso de ebullición. Los calentadores instantáneos que regulan de forma automática la potencia aportada en función de la temperatura de entrada del agua son más caros que los corrientes, pero sus ventajas en instalaciones solares son claras.
2. Producción de energía de apoyo en un acumulador independiente.
Este acumulador será más pequeño que el principal (acumulador solar), instalándose entre este y los puntos de consumo. La temperatura de almacenamiento del agua será algo mayor que la de uso, pudiéndose mezclar con la que procede del acumulador solar (en general más fría),
para obtener la temperatura deseada.
Si utilizamos una válvula termostática, esta se encarga de mezclar el agua solar precalentada con la del acumulador auxiliar en la proporción adecuada.
A la vista de la figura anterior, ¿qué ocurrirá si el agua sale del acumulador solar a una temperatura de uso suficiente?
R: En este caso la válvula de tres vías conmutará a una posición tal que el agua solar vaya directamente al consumo sin pasar por el acumulador auxiliar
La energía auxiliar se puede producir de forma instantánea o en un acumulador independiente.
4º PRINCIPIO: NO JUNTAR LA ENERGÍA SOLAR CON LA CONVENCIONAL
Respetando los tres primeros principios casi siempre cumpliremos este último.
Con no juntar ambas energías queremos decir que no se mezcle, o si se hace que sea lo menos posible, el agua precalentada mediante energía solar con la que calentamos mediante energía auxiliar.
Obviamente un acumulador en el que almacenemos la energía solar y la de apoyo en un mismo volumen tiene un riesgo de mezcla alto. Tomaremos las medidas adecuadas para evitarlo, aunque estas no dan resultados perfectos.
Además de la coexistencia funcional entre el almacenamiento solar y el convencional, pueden existir otros factores capaces de destruir la separación térmica en un sistema:
- Los efectos parásitos por termosifón, que pueden hacer que los acumuladores solares y de apoyo se comuniquen, llevando el agua más caliente desde el último hasta el primero. Este efecto puede evitarse instalando válvulas antirretorno o colocando el acumulador de apoyo
más alto que el solar. - Los circuitos de recirculación. Anteriormente vimos que la recirculación consiste en hacer circular de forma constante agua caliente por una tubería de retorno desde el punto más alejado de servicio hasta el acumulador o viceversa, para mantener el agua de la tubería de distribución siempre caliente, de forma que al abrir un grifo la obtengamos de forma instantánea sin tener que esperar a que llegue desde el acumulador.
Esta disposición, casi obligada en grandes instalaciones, puede provocar la destrucción del equilibrio térmico solar.
La conexión de la tubería de recirculación es muy importante. En el caso 1 habrá mezcla de energías. - Errores en el diseño de la regulación. Una mala regulación puede conducir a un aumento de la temperatura en todo el sistema, incluso en los colectores y durante la noche.
La energía solar no se debe mezclar con la convencional o hay que tratar de hacerlo lo menos posible en caso de que sea inevitable.
