Los paneles solares ayudan a ahorrar energía y pagar menos en la factura energética. Del sol podemos obtener calor o electricidad, por eso hay dos grupos importantes de paneles, los fotovoltáicos y los térmicos, los más comunes por ser los más rentables y estar obligados por normativa en algunos lugares. Pero para que se produzca dicho ahorro hay que elegir bien el tipo de panel y su rendimiento.
El éxito de una instalación depende principalmente de escoger el mejor panel para cada caso, no todos los paneles solares sirven para lo mismo, ni tienen el mismo rendimiento.
Qué son y para qué sirven los paneles solares
La energía del sol llega a la tierra en forma de ondas electromagnéticas (fotones), en una amplia gama de longitudes de onda que componen la radiación solar, y donde la luz visible es únicamente un intervalo. El objetivo de los paneles solares es aprovechar al máximo los efectos físicos de dicha radiación a fin de obtener energía por medio de una conversión que puede ser directa, cuando es en un paso, o indirecta, cuando son necesarios varios procesos para obtener dicha energía. Por conversión directa la energía se puede transformar en energía térmica o en energía eléctrica, e indirectamente se puede obtener energía eólica o cinética.
Inclinación de paneles solares según latitud
Los rayos de sol inciden sobre la superficie de la tierra con una inclinación distinta dependiendo de la latitud en la que te encuentres, y como hemos visto anteriormente, esto influye en cómo se adapta la arquitectura a las zonas climáticas de la tierra.
Para poder captar la máxima energía del sol los paneles deben estar convenientemente orientados. La mejor orientación de los paneles coincide con la mejor orientación de una casa, con objeto de captar el máximo número de horas de sol, así en el hemisferio norte debemos orientar los paneles hacia el sur y en el hemisferio sur debemos orientarlos hacia el norte.
La inclinación que se aconseja con respecto a la horizontal debe aumentar en 10º la latitud del lugar, es decir si me encuentro a 40º latitud norte, la inclinación óptima serían 50º sobre la horizontal. Para saber la latitud de un lugar, podemos utilizar Google maps que te da las coordenadas geográficas del lugar: latitud y longitud separados por una coma.
Tipos de instalaciones de energía solar para unifamiliares
Según el tipo de energía que queremos obtener del sol disponemos de dos tipos de captadores solares: fotovoltáicos y térmicos.
Instalación de placas fotovoltáicas
Los paneles fotovoltáicos producen electricidad al interactuar los fotones de la radiación solar con el material semiconductor de unas celdas o células fotovoltáicas, capaces de crear una fuerza electromotriz que posteriormente es conducida por un cable conductor. La electricidad de esta forma recogida, puede ser consumida inmediatamente por la instalación eléctrica de la vivienda, y lo que no se consume, se puede almacenar en unas baterías, constituyendo un sistema autónomo o aislado, o se puede volcar a la red eléctrica general, que mediante un contador, puede ser retribuida por la compañía eléctrica, obligada por ley a comprar dicha generación.
Instalación solar térmica
Los paneles térmicos o colectores solares, recogen el calor del sol con unas placas de color oscuro por las que se hace circular un líquido que se calienta en su interior. Al igual que con la electricidad, este calor puede ser consumido en el momento, o almacenado en el fluido contenido en un acumulador, normalmente agua, por su gran inercia térmica. Dicho calor se puede utilizar para servir a instalaciones de calefacción y de agua caliente sanitaria. El problema del sistema de placas solares es la ausencia de sol en ciertos días de invierno, que acaban con las reservas del acumulador, por eso siempre es necesario una instalación de apoyo.
Tipos de colectores térmicos
Los colectores solares tienen como función calentar el agua que circula en su interior pero, al igual que dicho agua se calienta por efecto de la radiación solar, se puede enfriar debido a las pérdidas de calor que sufre por la diferencia de temperatura con el aire exterior o la acción del viento. Por dicho motivo y para adaptarse a los distintos usos y climatologías no todos los colectores térmicos son iguales, tenemos:
Colector de placa plana
Su funcionamiento se basa en el efecto invernadero producido por la radiación solar incidente en el panel orientado al sol, por eso consta de una parrilla absorbedora de tubos soldados a una chapa, cubierta por un vidrio transparente y todo ello convenientemente aislado y sellado. El vidrio transparente deja pasar a su través los rayos solares que capta la chapa, y refleja además, la energía emitida por la chapa caliente, produciéndose un aumento de temperatura del aire contenido entre chapa y vidrio que contribuye a aumentar aún más la superficie del absorbedor. Estos colectores tienen distintos rendimientos dependiendo de los materiales de los que se compone, pudiéndose utilizar en una amplia gama de temperaturas exteriores.
Colector tubular de vacío
Los tubos de vacío son colectores de alta eficiencia diseñados para disminuir las pérdidas producidas por convección y conducción, al establecerse un vacío en su interior. Al no poderse producir el vacío en un colector plano por los problemas de sellado que conllevaría, se ha aprovechado la industria de tubos fluorescentes para desarrollar unos colectores rentables para su producción en masa. Debido a su alto rendimiento se pueden utilizar en zonas climáticas con bajas temperaturas.
Paneles solares para piscinas
Es un tipo de colector solar térmico que carece de cubierta, es decir, está constituido básicamente por la placa captadora desnuda. Esto es debido a que la temperatura del agua no supera los 30ºC, por lo que las pérdidas por radiación y conducción son prácticamente nulas. Éstos colectores no son rígidos y necesitan de un bastidor. Están fabricados con caucho o plástico adecuado para que circule el agua de la piscina directamente por el y además incorporan en su fabricación aditivos para evitar el deterioro de los plásticos con el sol. El precio de estos paneles debe ser bajo ya que normalmente la superficie colectora necesaria es bastante grande. El problema de estos colectores es que al carecer de cubierta, las pérdidas del colector son muy grandes por lo que únicamente funcionan cuando la temperatura exterior no es muy baja.
Aportación solar
Tanto para un sistema de agua caliente sanitaria, como de calefacción o calentamiento de piscinas, los paneles solares aportan energía de forma variable a lo largo del año. Cómo se puede ver en el gráfico, la energía demandada en una instalación tipo, es aportada por los paneles solares principalmente en los meses de primavera y verano, en cambio en invierno, se hace necesario un aporte auxiliar de energía al sistema.
Fracción solar mínima
El porcentaje de energía que aportan los paneles solares a un sistema, se denomina fracción solar. En España el código técnico de la edificación, obliga a cumplir una cantidad mínima, a aportar de energía solar para el consumo de agua caliente sanitaria.
Eficiencia de los paneles solares
El rendimiento de los paneles solares es un dato importante a tener en cuenta para la rentabilidad de una instalación solar. En lugares donde la climatología no es tan benigna, con temperaturas bajas en invierno, las pérdidas de calor del propio panel pueden enfriar el fluido interior, haciendo que aunque luzca el sol, no se llegue a obtener calor de la placa.
El rendimiento de un panel solar se representa mediante una curva donde se puede observar la progresiva disminución de rendimiento a medida que aumenta la diferencia de temperatura entre placa y ambiente.
Los paneles solares sin cubierta para piscinas tienen el mayor rendimiento óptico, es decir son los que mayor energía captan del sol pero también son los que mayores pérdidas globales de calor tienen por lo que a medida que la diferencia de temperatura entre placa y exterior aumenta disminuye drásticamente el rendimiento, por lo que no se aconseja utilizar este tipo de instalaciones más que en climas benignos o en verano.
En cambio los tubos de vacío aunque su rendimiento óptico es menor, es decir parten de un valor inferior a los otros paneles, sus pérdidas de calor no son tan grandes y siguen siendo efectivos, es decir proporcionando calor al fluido caloportador, aunque la temperatura exterior sea baja, por este motivo son los mejores para climas fríos.
Componentes de una instalación solar térmica
Los paneles solares es el componente principal de una instalación solar, pero si ese calor no lo consumimos inmediatamente lo debemos almacenar para poderlo utilizar posteriormente. Los depósitos acumuladores cumplen con esta función. Además en una instalación completa podemos incluir un intercambiador de calor, una bomba de circulación y un sistema de control.
Acumuladores para placas solares
Para almacenar el calor que se obtiene por el sol, el mejor material a utilizar es el agua. El agua posee una gran capacidad calorífica e inercia térmica, es barata y fácil de manejar y además es el elemento de consumo para el caso del agua caliente sanitaria. Los depósitos acumuladores de agua caliente suelen ser de acero, aluminio o fibra de vidrio reforzada. La forma suele ser cilíndrica por su facilidad de construcción, y la posición vertical para facilitar la estratificación del agua, es decir mantener el agua caliente en la zona superior del acumulador y la fría en la inferior.
Intercambiador de calor
Para evitar que el agua que consumimos como agua caliente sanitaria, sea la misma que circule por el colector solar, debemos incorporar a la instalación un intercambiador de calor. De esta forma podemos incluir un anticongelante en el circuito primario. La desventaja es que siempre hay una pérdida de rendimiento y por tanto los colectores tendrán que funcionar a mayor temperatura.
Bomba de circulación
Los electrocirculadores o aparatos accionados por un motor eléctrico, capaces de suministrar al fluido una cantidad de energía con el fin de transportarlo por un circuito a una determinada presión, son necesarios para hacer llegar el calor desde los colectores al acumulador.
Sistema de control
El electrocirculador únicamente debería funcionar cuando los colectores puedan aportar energía al sistema, porque de otra forma lo único que conseguiríamos sería un enfriamiento del agua acumulada. La orden de marcha o parada del electrocirculador se controla con un termostato diferencial, que consta de unas sondas de temperatura a la salida de los colectores, que cuando esa temperatura es mayor a la temperatura del agua inferior del depósito, hace funcionar al electrocirculador.
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