Energia termosolar

De Viquipèdia

Colector Solar
Ampliar
Colector Solar

L'energia termosolar és la utilització de la radiació solar per a l'escalfament a baixa temperatura d'aigua (o eventualment altres fluids), destinada a l'ús com aigua calenta sanitària o calefacció. Addicionalment, pot emprar-se per a alimentar una màquina de refrigeració per absorció, que empra calor en lloc d'electricitat per condicionar l'aire.

Una instal·lació d'energia solar tèrmica consta d'un conjunt de plaques, generalment fixes en els seus tres eixos, per les quals discorren uns tubs que s'exposen d'aquesta forma a la radiació solar. Les característiques constructives responen a la minimització de les pèrdues d'energia una vegada escalfat el fluid que transcorre pels tubs, pel que es troben aïllaments a la conducció (buidor o uns altres) i a la radiació de baixa temperatura. El circuit es completa amb un sistema de circulació natural o forçada, un o diversos magatzems per a desacoblar el consum a la producció i generar inèrcia tèrmica en el sistema, i els mecanismes de control i conducció necessaris. En ocasions el sistema està hibridat amb una caldera de combustible fòssil o d'escalfament elèctric per a suplementar l'acció del sol.

A més del seu ús com aigua calenta sanitària, calefacció i refrigeració (mitjançant màquina d'absorció), l'ús de plaques solars tèrmiques ha proliferat per a l'escalfament de piscines exteriors residencials, en països on la legislació impedeix l'ús d'energies d'altre tipus per a aquesta fi.

Taula de continguts

[edita] Elements que conformen la instal·lació d'energia termosolar

[edita] 1. Captació solar

La captació de l'energia solar es realitza mitjançant els captadors o col·lectors plans. La seua finalitat és transformar l'energia solar captada en energia tèrmica que s'aprofita per escalfar un fluid (aigua, aigua amb anticongelant, olis, aire...). Els col·lectors no tenen cap sistema de seguiment solar, sino que es coloquen en una posició i una inclinació fixa (que s'ha calculat com la posició òptima de captació solar). El rang de treball d'aquest tipus de col·lectors és fins 70-80ºC tot i que amb certes modificacions aquest rang pot canviar.

Els col·lectors solars es composen dels següents elements:

  • Coberta: És transparent, pot ser-hi present o no. Generalment és de vidre tot i que també s'utilitzen de plàstic ja que és menys car i manejable, però ha d'ésser un plàstic especial. La seua funció és minimitzar les pèrdues per convecció i radiació i per això ha de tindre una transmitància solar el més alta possible.
  • Canal d'aire: És un espai (buit o no) que separa la coberta de la placa absorbent. El seu espessor s'ha de calcular tenint en compte per tal d'equilibrar les pèrdues per convecció i les altes temperatures que es poden produir si es massa estret.
  • Placa absorbent: La placa absorbent és l'element que absorbeix l'energia solar i la transmet al líquid que circula per les tuberies. La principal característica de la placa és que ha de tindre una gran absorció solar i una emissió térmica reduïda. Com els materials comuns no compleixen amb aquest requisit, s'utilitzen materials combinats per tal d'obtindre la millor relació absorció/emissió.
  • Tuberies o conductes: Les tuberies estàn "pegades" (de vegades soldades) a la placa absorbent per tal de què l'intercanvi d'energia siga el més gran possible. Per les tuberies circula el líquid que s'escalfarà i anirà cap al tanc d'acumulació.
  • Capa aïllant: La finalitat de la capa aïllant és recobrir el sistema per tal d'evitar i minimitzar pèrdues. Per què l'aïllament siga el millor possible, el material aïllant haurà de tindre una baixa conductivitat tèrmica).

[edita] 2. Sistema d'acumulació térmica

Una vegada el fluid s'ha escalfat recorreix el circuit fins al tanc d'acumulació (per intercanvi directe) o mitjançant un intercanviador. Els acumuladors utilitzen com a medi d'acumulació aigua, olis térmics, materials d'intercanvi de fase... i també existeixen sistems híbrids (aigua més materials de canvi de fase, aigua més anti-congelant...).

[edita] Connexió col·lector-acumulador

La connexió entre el col·lector i l'acumulador és un circuit pel qual circula el fluid de forma natural o forçada. Hi ha diferents tipus de connexions entre les quals cal destacar el serpentí (permeteix utilitzar aigua més anticongelant), l'intercanviador extern al tanc d'acumulació (es considera més eficient) i el sistema de doble evolupant. El volum del tanc acumulador és variable segons l'utilització. En general, per a vivendes familiars s'utilitza un volum de 0,8-1 vegades el consum total d'aigua en un dia d'estiu. A més, a més, el volum està íntimament relacionat amb l'àrea de captació dels col·lectors que s'hi instal·laràn. Aquesta relació és propera a 1 metre quadrat de captació per cada 50-100 litres de consum total en un dia d'estiu.

[edita] Estratificació de temperatures

Al tanc acumulador la temperatura no és constant al llarg de tot el volum. Per això hi apareixen uns fluxes convectius (a la part superior) que produeixen un fort gradient de temperatures que reflecteixen l'estratificació de temperatures. La diferència de temperatura entre la part superior i la part inferior del tanc pot arribar a ser-hi de 5-6ºC. Aquest fenòmen s'intenta aprofitar fent que el circuit del col·lector passe per la zona més calenta (la superior).

Aquesta estratificació tèrmica és relativament fàcil de trencar degut a la seua fragilitat, per exemple:

  • quan entra aigua calenta del col·lector, degut a les turbulències causades per la velocitat del fluid.
  • degut a les pròpies parets de l'acumulador (el calor "viatja" per les parets de metal del tanc) i es formen ponts tèrmics.
  • si es coloca el serpentí a la part inferior del dipòsit.

En general s'evita trencar l'estratificació tèrmica ja que s'ha comprovat que el rendiment d'un tanc amb estratificació és un 10% més gran que d'altres als quals no es produisca aquest fenòmen. Fent un balaç d'exergia es comprova també que el tanc amb estratificació és millor que el tanc que no la té.

Com què l'estratificació és fràgil, per tal de no trecar-la s'utilitzen diferents sistemes que disminueixen les turbulències que es produeixen a l'entrada de l'aigua provinent dels col·lectors (sistemes d'embuts cònics, COPA...).

En altres llengües