instalaciÓn de paneles solares en la empresa

8/6/2019 INSTALACIÓN DE PANELES SOLARES EN LA EMPRESA

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Arturo Gonzalez Murillo Instalación de panales solares en la empresaCONSULTOR

Difusión de Buenas Prácticas 1

GUÍA DE BUENAS PRÁCTICAS

INSTALACIÓN DEPANELES SOLARES

EN LA EMPRESA

Actividad subcontratada por el CDI FOINDESA comoparte de las actividades subvencionadas por laDirección General de Innovación Tecnológica para losCentros de Difusión de la Innovación conforme a laorden 3742/2007 para la anualidad 01/10/07 al 30/09/08.





INDICE

A. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

A.1 Descripción inicial.A.2 ObjetivoA.3 Importancia tecnológicaA.4 Medio AmbienteA.5 Beneficios de los tejados solaresA.6 Los trámites administrativosA.7 Descripción de la tecnología a implantar

B. ENERGIA SOLAR TÉRMICA

B.1 Descripción inicialB.2 ObjetivoB.3 Medio ambienteB.4 Desarrollo de la ESTB.5 La situación de la energía solar térmica en la Comunidad de MadridB.6 Tecnología y aplicaciones de al energía solar térmicaB.7 Interés de la EST para las empresasB.8 Usos y aplicaciones de la energía solar térmicaB.9 Rentabilidad económica de la energía solar térmica

C. PANEL SOLAR HÍBRIDO

C.1 Panel SolarC.2 ObjetivosC.3 DiseñoC.4 Conclusiones





A. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

A 1. DESCRIPCIÓN INICIAL

Elemento clave en la conversión directa de la energía solar a eléctrica, los panelesfotovoltaicos experimentan en la actualidad una demanda sin precedentes. Losproblemas derivados del cambio climático y la progresiva concienciación hanprovocado un cambio de mentalidad hacia este producto.

A 2. OBJETIVOConseguir una mayor rentabilidad para el tejado, que actualmente no da ningúnbeneficio.Mediante una instalación solar fotovoltaica sobre la cubierta de la empresa, se generaelectricidad para venderla a la compañía eléctrica a un precio muy superior al preciode compra.

A 3. IMPORTANCIA TECNOLÓGICA

¿Como funciona un panel solar fotovoltaico?Para la fabricación de paneles solares fotovoltaicos se emplea tecnología muyavanzada y compleja. Sin bien esta al alcance de muchos fabricantes la producción decolectores solares térmicos con un grado de eficacia aceptable, no ocurre lo mismocon los paneles solares fotovoltaicos, donde muy pocas compañías en el mundocuentan con la capacidad y los recursos técnicos necesarios para producirlos.

El funcionamiento de los paneles se basa en el efecto fotovoltaico. Este efecto seproduce cuando sobre materiales semiconductores convenientemente tratados incidela radiación solar produciéndose electricidad.

Proceso básico de fabricación:

1- En una lámina de material semiconductor puro se introducen elementos químicosllamados dopantes que hacen que esta tenga un exceso de electrones y aunque noexista en realidad desequilibrio eléctrico (existirá el mismo numero de electrones quede neutrones en el total de la plancha del semiconductor) convencionalmente seentiende que esta plancha tiene una carga negativa y se la denomina N

2- Por otro lado en otra lámina de material semiconductor se hace el mismo procesopero en esta ocasión con otra sustancia dopante que provoca que haya una falta deelectrones. Por esta razón se entiende convencionalmente que la plancha tiene unacarga positiva y se le denomina P





3- Es en este punto donde se procede a realizar la unión P-N en la cual el exceso deelectrones de N pasa al otro cristal y ocupa los espacios libres en P. Con este procesola zona inmediata a la unión queda cargada positivamente en N y negativamente en Pcreándose un campo eléctrico cuya barrera de potencial impide que continúe elproceso de trasvase de electrones de una plancha a la otra.

Bases del funcionamiento de las células fotovoltaicas

Cuando el conjunto queda expuesto a la radiación solar, los fotones contenidos en laluz transmiten su energía a los electrones de los materiales semiconductores quepueden entonces romper la barrera de potencial de la union P-N y salir delsemiconductor a través de un circuito exterior, produciéndose así corriente eléctrica.

El módulo más pequeño de material semiconductor con unión P-N y por lo tanto con

capacidad de producir electricidad, es denominado célula fotovoltaica. Estas célulasfotovoltaicas se combinan de determinadas maneras para lograr la potencia y el voltajedeseados. Este conjunto de células sobre el soporte adecuado y con losrecubrimientos que le protejan convenientemente de agentes atmoféricos es lo que sedenomina panel fotovoltaico.

Tipos de paneles solares

Tipos de paneles en función de los materiales

Existen diferentes tipos de paneles solares en función de los materialessemiconductores y los métodos de fabricación que se empleen. Los tipos de panelessolares que se pueden encontrar en el mercado son:

- Silicio Puro monocristalino - Basados en secciones de una barra de silicioperfectamente cristalizado en una sola pieza . En laboratorio se han alcanzado





rendimientos máximos del 24,7% para éste tipo de paneles siendo en loscomercializados del 16%.

Panel solar monocristalino

- Silicio puro policristalino- Los materiales son semejantes a los del tipo anterioraunque en este caso el proceso de cristalización del silicio es diferente. Los panelespolicristalinos se basan en secciones de una barra de silicio que se ha estructuradodesordenadamente en forma de pequeños cristales. Son visualmente muyreconocibles por presentar su superficie un aspecto granulado. Se obtiene con ellos unrendimiento inferior que con los monocristalinos (en laboratorio del 19.8% y en losmódulos comerciales del 14%) siendo su precio también más bajo.

Panel solar policristalino

Por las características físicas del silicio cristalizado, los paneles fabricados siguiendoesta tecnología presentan un grosor considerable. Mediante el empleo del silicio conotra estructura o de otros materiales semiconductores es posible conseguir panelesmás finos y versátiles que permiten incluso en algún caso su adaptación a superficiesirregulares. Son los denominados paneles de lámina delgada

Así pues, los tipos de paneles de lámina delgada son:





- Silicio amorfo. (TFS) Basados también en el silicio, pero a diferencia de los dosanteriores, este material no sigue aquí estructura cristalina alguna. Paneles de estetipo son habitualmente empleados para pequeños dispositivos electrónicos(Calculadoras, relojes) y en pequeños paneles portátiles. Su rendimiento máximoalcanzado en laboratorio ha sido del 13% siendo el de los módulos comerciales del8%.

- Teluro de cadmio , Rendimiento en laboratorio 16% y en módulos comerciales 8%

- Arseniuro de Galio- Uno de los materiales más eficientes, presenta unosrendimientos en laboratorio del 25.7% siendo los comerciales del 20%

- Diseleniuro de cobre en indio - con rendimientos en laboratorio próximos al 17% yen módulos comerciales del 9%

Existen también los llamados paneles Tándem que combinan dos tipos de materialessemiconductores distintos. Debido a que cada tipo de material aprovecha sólo unaparte del espectro electromagnético de la radiación solar, mediante la combinación dedos o tres tipos de materiales es posible aprovechar una mayor parte del mismo. Coneste tipo de paneles se ha llegado a lograr rendimientos del 35%. Teóricamente conuniones de 3 materiales podría llegarse hasta rendimientos del 50%





(1) Célula con material semiconductor 1, solo aprovecha una parte del espectro electromagnético de que está compuesta la luz solar(2) La célula con el material semiconductor 2 aprovecha otra parte del espectro electromagnético de la luz diferente al del material semiconductor 1 (3) en la célula Tandem se combinan ambos tipos de materiales, con lo que se aprovecha la parte del espectro electromagnético de ambos tipos de materiales son capaces de tranformar en energía eléctrica. El rendimiento total será en teoría la suma de los rendimientos de ambos tipos de células por separado

La mayoría de los módulos comercializados actualmente están realizados de siliciomonocristalino, policristalino y amorfo. El resto de materiales se emplean paraaplicaciones más específicas y son más difíciles de encontrar en el mercado.

Mención especial merece una nueva tecnología que esta llamada a revolucionar elmundo de la energía solar fotovoltaica. Se trata de un nuevo tipo de panel solar muyfino, muy barato de producir y que según dicen sus desarrolladores presenta el mayornivel de eficiencia de todos los materiales. Este nuevo tipo de panel esta basado en elCobre Indio Galio Diselenido (CIGS) y se prevé que en un futuro no muy lejano, debidoa su competitiva relación entre producción de energía/costo pueda llegar a sustituir alos combustibles fósiles en la producción de energía.

Tipos de paneles en función de la forma

También es posible clasificar los tipos de paneles en función de su forma.Empleándose cualquiera de los materiales antes comentados se fabrican paneles endistintos formatos para adaptarse a una aplicación en concreto o bien para lograr unmayor rendimiento .Algunos ejemplos de formas de paneles distintos del clásico planoson:

Paneles con sistemas de concentración. Un ejemplo de ellos es el modelodesarrollado por una marca española, el cual mediante una serie de superficiesreflectantes concentra la luz sobre los paneles fotovoltaicos. Aunque el porcentaje de





convenientemente esta cualidad se coloca sobre dos superficies blancas que reflejanla luz solar hacia el reverso del panel.

Sistemas de seguimiento solar

En los sistemas solares fotovoltaicos existe la posibilidad de emplear elementosseguidores del movimiento del Sol que favorezcan y aumenten la captación de laradiación solar.

Existen tres tipos de soporte para los colectores solares:

- Colocación sobre soporte estático- Soporte sencillo sin movimiento. Dependiendo dela latitud de la instalación y de la aplicación que se quiera dar se dotan a los panelesde la inclinación más adecuada para captar la mayor radiación solar posible. Es elsistema más habitual que se encuentra en las instalaciones

- Sistemas de seguimiento solar de un eje. Estos soportes realizan un ciertoseguimiento solar. La rotación del soporte se hace por medio de un solo eje, ya seahorizontal, vertical u oblicuo. Este tipo de seguimiento es el más sencillo y el máseconómico resultando sin embargo incompleto ya que sólo podrá seguir o lainclinación o el azimut del Sol, pero no ambas a la vez.

- Sistemas de seguimiento solar de dos ejes. Con este sistema ya es posible realizar

un seguimiento total del sol en altitud y en azimut y siempre se conseguirá que laradiación solar incida perpendicularmente obteniéndose la mayor captación posible.Existen tres sistemas básicos de regulación del seguimiento del sol por dos ejes:

▪ - Sistemas mecánicos- El seguimiento se realiza por medio de un motory de un sistema de engranajes. Dado que la inclinación del Sol varia alo largo del año es necesario realizar ajustes periódicos, para adaptar elmovimiento del soporte

▪ - Mediante dispositivos de ajuste automático-. El ajuste se realiza pormedio de sensores que detectan cuando la radiación no incideperpendicular al panel corrigiéndose la posición por medio de motores.





▪ - Dispositivos sin motor- Sistemas que mediante la dilatación dedeterminados gases, su evaporación y el juego de equilibrios logran unseguimiento del Sol.

Se estima que con estos sistemas se puede lograr un aumento de entre el 30% y el40% de la energía captada. Se hace necesario evaluar el costo del sistema deseguimiento y la ganancia derivada del aumento de la energía para determinar surentabilidad.

Otros elementos asociados a los paneles solares fotovoltaicos

El panel solar es el elemento encargado de captar la energía del sol y detransformarla en energía eléctrica que se pueda ser usada. Asociado los panelesexisten otros componentes que se utilizan en las instalaciones como elementos deseguridad o que amplían las posibilidades del uso de la instalación. Los componentes

esenciales de una instalación fotovoltaica son:-Regulador: Es el elemento que regula la inyección de corriente desde los paneles a labatería. El regulador interrumpe el paso de energía cuando la batería se hallatotalmente cargada evitando así los negativos efectos derivados de una sobrecarga.En todo momento el regulador controla el estado de carga de la batería para permitir elpaso de energía eléctrica proveniente de los paneles cuando esta empieza a bajar.

- Batería- Almacena la energía de los paneles para los momentos en que no hay sol, opara los momentos en que las características de la energía proporcionada por lospaneles no es suficiente o adecuada para satisfacer la demanda (falta de potencia alatardecer ,amanecer, días nublados). La naturaleza de la radiación solar es variable a

lo largo del día y del año, la batería es el elemento que solventa este problemaofreciendo una disponibilidad de energía de manera uniforme durante todo el año

-Inversores- El elemento que transforma las características de la corriente de continuaa alterna. La mayoría de los aparatos eléctricos funcionan con corriente alterna y tantolos paneles como las baterías suministran energía eléctrica en forma de corrientecontinua. Es por ello que se hace necesario este elemento que modifique la naturalezade la corriente y la haga apta para su consumo por muchos aparatos.

A 4. MEDIO AMBIENTE• La electricidad fotovoltaica supone una forma eficiente de reducir emisiones deagentes contaminantes, y en definitiva representa una clara apuesta por laconservación del medio ambiente.

• Se obtienen beneficios ecológicos, frenando el deterioro medioambiental, paliandoel efecto de la lluvia ácida, evitando la emisión de gases de efecto invernadero (porcada 100 KW se dejan de emitir 150 TM de CO2)

• Contribución contra el calentamiento del planeta causado por la contaminaciónproducida por el uso de combustibles de origen fósil.





• Se produce una reducción de la excesiva dependencia de Europa de los paísesproductores de petróleo y gas natural.

A.5 BENEFICIOS DE LOS TEJADOS SOLARES

Es una inversión garantizada por el gobierno.• Las inversiones en energía solar fotovoltaica están aseguradas en base a lo

estipulado en el vigente Real Decreto 661 / 2007.

• Según ley las compañías eléctricas están obligadas a comprar la energíaproducida por los paneles a un precio de 0,39 € / KWh * para instalacionesmenores de 100 KW de potencia.

• Actualmente, existen incentivos fiscales para la inversión en energía solarfotovoltaica. Para el año 2008 estos son de un descuento del 6% de la inversiónrealizada directamente sobre la cuota del impuesto de sociedades.

• A nivel europeo se ha impulsado la inversión en energía renovable a través de unPlan de Fomento específico, así como a través de una Directiva para la Promocióny el uso de Energías Renovables.

• Existen subvenciones de distintas administraciones.





*Precio que puede variar en función a lo establecido por el Gobierno.

Beneficio Económico• Permite realizar una inversión que asegura un flujo de capital constante con un

mantenimiento prácticamente nulo.

• Se tiene un ingreso seguro para más de 25 años.

• Hay una rápida amortización de la instalación.

• La energía solar fotovoltaica incrementa el precio de la edificación donde seinstala.

Beneficio para la imagen de la empresa

• La instalación solar sobre tejado, mejorará la imagen de su empresa y contribuirá afortalecer su imagen de marca.

• Las modernas instalaciones solares, no solo mejoran el medioambiente, sino que

hacen aumentar el interés hacia sus productos, de los clientes sensibilizados conla ecología.

• Permite reforzar políticas empresariales de “Marketing Verde”, por lo que el tejadosolar, junto a otras medidas ecológicas como el reciclado de papel…. harán que laempresa tenga un argumento mas de venta para aquellos clientes preocupadospor el cuidado medioambiental.





A.6 LOS TRÁMITES ADMINISTRATIVOSLos principales trámites que se deben gestionar son:

• Inscripción provisional y/o definitiva de la instalación en el Registro de Productoresde Energía en Régimen Especial.

• Boletín para la instalación eléctrica.• Proyecto de la instalación solar-fotovoltaica.

• Permisos municipales, para la instalación solar sobre tejado.

• Punto de acometida y contrato de compraventa de energía con la CompañíaEléctrica.

A.7 DESCRIPCIÓN DE LA TECNOLOGÍA A IMPLANTAR

¿Qué es una instalación Fotovoltaica aislada o autónoma?Son instalaciones que a partir de su principal elemento, el panel fotovoltaico,transforman la luz solar en energía eléctrica. Existen múltiples aplicaciones para estetipo de generación de energía, ya que puede llevarse a cabo en pequeñasinstalaciones para cubrir las necesidades de iluminación, funcionamiento de aparatosdomésticos o pequeña maquinaria ( bombas de extracción o impulsión de agua,sistemas de riego, etc...). o grandes instalaciones para uso industrial.

La generación de energía no se realiza de forma constante, ya que al depender de laluz del sol, su generación se limita a las horas diurnas, aunque se dispone de laenergía eléctrica igualmente, ya que todas las instalaciones Fotovoltaicas aisladas





disponen de baterías para almacenar la energía que no se consume, la autonomíasegún los distintos usos dependerá del número de baterías que se instalen.

¿Que elementos forman parte de una Instalación Fotovoltaica?La generación de electricidad mediante una instalación fotovoltaica se produce de unamanera física, para ello se necesitan varios elementos :

- Panel Fotovoltaico, también denominado generador, es el que recibe la luz solar y elque mediante un proceso conversión produce la electricidad.

- Inversor, es el dispositivo que convierte la electricidad generada por los panelessolares de forma continua (12/24 V) a corriente alterna 220V.

- Regulador de Carga, protege las baterías contra la sobrecarga y la descarga

eléctrica.- Baterías o acumuladores, son los receptores de la energía generada, en ellos sealmacena la electricidad para su uso.

Datos a tener en cuenta

En España la mayoría de los electrodomésticos funcionan con corriente alterna a 220Vy 50 Hz de frecuencia. Es importante la clasificación de nivel Energético de estosaparatos ya que reducen el consumo eléctrico y mejoran sus prestación cuanto mayorsea su clasificación.

En las instalaciones Fotovoltaicas es aconsejable sustituir las bombillas tradicionalespor otras de bajo consumo, y alto rendimiento como las lámparas de vapor de sodio,lámparas electrónicas o tubos fluorescentes.

Reducir el consumo con aparatos de clasificación energética A o B y la utilización delamparas de bajo consumo, redunda en una mayor autonomia del sistemaFotovoltaico.

¿Qué es una instalación Fotovoltaica conectada a Red?Al igual que las instalaciones Fotovoltaicas aisladas, son instalaciones que produceneletricidad de igual manera pero que en este caso la energia generada no se lleva abaterias sino que es conectada a la red electrica convencional.

¿Qué elementos forman parte de una instalación Fotovoltaica conectada ared.

- Panel Fotovoltaico, también denominado generador, es el que recibe la luz solar y elque mediante un proceso conversión produce la electricidad.





- Inversor, es el dispositivo que convierte la electricidad generada por los panelessolares de forma continua (12/24 V) a corriente alterna 220V para que pueda serinyectada a la red eléctrica con la misma tensión y frecuencia.

- Contador Bidireccional de generación de la instalación y para los posibles consumosque puedan originarse

Datos a tener en cuenta

Las instalaciones Solares Fotovoltaicas conectadas a red tienen un periodo aamortización entre 5 y 8 años.Varios son los factores que intervienen en ello, algunos de estos son :

- Aportación de Subvenciones realizadas por el IDAE y la comunidad autónoma donde

se realice la instalación.- Zona geográfica, la radiación solar difiere en la geografía Nacional.

- Nivel de potencia de los paneles.

- La legislación actual, garantiza la compra de toda la energía eléctrica producida alargo plazo.

B. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

B.1 DESCRIPCIÓN INICIAL

¿Qué es la energía solar térmica?

La Energía Solar Térmica (EST) es una tecnología simple y muy eficaz paraaprovechar esta energía. La idea básica que rige su funcionamiento consiste enconcentrar la energía del sol y transformarla en calor, aprovechable para múltiplesaplicaciones, tanto residenciales como industriales.





La radiación solar media anual en la zona central de la península equivale nadamenos que a 1.600 KWh por metro cuadrado al año.

La transformación de esta energía del sol en energía aprovechable se realiza pormedio de unos dispositivos denominados colectores solares, que concentran eintensifican el efecto térmico producido por la radiación solar.

Un colector solar utiliza la radiación solar para calentar un determinado fluido(generalmente agua) a una cierta temperatura. La temperatura que podemos alcanzardepende del diseño del colector, y puede oscilar entre 20 grados y varios millares.Según la temperatura que pueda alcanzar la instalación hablaremos de sistemas deEST de baja, media o alta temperatura.

Las instalaciones solares térmicas de baja temperatura son sistemas silenciosos,limpios, sin partes móviles y con una larga vida útil, que generan una energíadescentralizada, cerca de donde se necesita y sin precisar infraestructuras parasu transporte.

B.2 OBJETIVOUtilizar la radiación solar para calentar un fluido y usarlo en la empresa.Concienciación de la empresa y sacar beneficio al tejado que hasta el momentoestaba sin utilizar.

B.3 MEDIO AMBIENTE

Las instalaciones solares térmicas no vierten ningún tipo de contaminante a laatmósfera, su energía se produce donde se consume, son fáciles de instalar ydependen de una tecnología madura. Por todas estas razones, la energía solartérmica está perfectamente en línea con la sostenibilidad.

B.4 DESARROLLO DE LA EST EN ESPAÑA

A pesar del incremento que vienen experimentando anualmente, las cifras de nuevasuperficie instalada son insuficientes para alcanzar los objetivos del Plan de Fomentode Energías Renovables en este ámbito: 4.500.000 m2 en el año 2010–el 33% antesdel año 2006–. Las realizaciones de los tres últimos años suponen algo menos del 8%de los objetivos del Plan hasta el año 2007, lo que implica la necesidad de hacer unesfuerzo en los cinco años que restan muy superior al que se ha realizado en los trespasados.





Evolución reciente y perspectivas de desarrollo de la EST en España.

B.5 LA SITUACIÓN DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA EN LACOMUNIDAD DE MADRIDLa Comunidad de Madrid sólo genera el 3% del total de energía que consume.La industria madrileña no se concentra en unas pocas instalaciones de gran tamaño,

sino que está muy repartida en pequeñas instalaciones.También existe un fuerte peso del sector servicios, y en general se trata de unaComunidad densamente urbanizada. Estas circunstancias favorecen la implantaciónde la Energía Solar Térmica.

Evolución reciente y perspectivas de desarrollo de la EST en la Comunidad de Madrid.





B.6 TECNOLOGÍA Y APLICACIONES DE LA ENERGÍA SOLARTÉRMICA

B.6.1 Características de la Energía Solar Térmica: conceptosbásicos.

B.6.1.1 Funcionamiento.

Tras algún tiempo de exposición al sol, una placa metálica puede calentarse hastaa quemar. La temperatura de la placa aumentará si su color es negro, dadoque apenas refleja los rayos del sol. La placa cede el aumento de temperaturaconseguido a su entorno: al aire y al soporte que la sujeta.

Podemos colocar la placa en el interior de una caja con cubierta de vidrio.El vidrio deja pasar la radiación solar incidente, pero es opaco a la radiación infrarrojaque emite la placa. El resultado es una “trampa de radiaciones solares”, y latemperatura en el interior de la caja aumentará progresivamente.

Ya sólo falta hacer circular agua por el interior de la caja para que el calor se transmitaal fluido. Habitualmente, el líquido circula en el interior de un serpentín o un circuito detubos, que asegura la máxima exposición del agua al calor que genera la “trampa deradiación”. Ya tenemos un colector solar.

Variando la disposición de los elementos del colector, podemos obtener cualquiertemperatura que deseemos.El agua caliente obtenida es conducida hasta donde se va a utilizar.Variando el tipo de conducciones y de depósitos, podemos conseguir el tipo deinstalación solar térmica que deseemos.

En general, una instalación de baja temperatura está formada por tres partes:

• Un subsistema de captación, formado por varios colectores solares conectados,que capta la energía solar.

• Un subsistema de acumulación, formado por uno o más depósitos dealmacenamiento de agua caliente. El acumulador adapta, en el tiempo, ladisponibilidad de energía a la demanda.

• Un subsistema de distribución, formado por el equipo de regulación, tuberías,bombas, elementos de seguridad, etc., que traslada a los puntos de consumo el aguacaliente producida.





Los tres subsistemas de una instalación EST.

Dentro de este esquema básico existen muchas variaciones. Algunos sistemas lleganincluso a producir vapor capaz de mover una turbina que alimenta un generador deenergía eléctrica, mientras que otros llevan el agua caliente obtenida directamentea donde se va a usar, sin ningún sistema de almacenamiento intermedio.

La parte principal de estas instalaciones es el colector solar, por ser el encargado decaptar la radiación solar y convertirla en energía calorífica.Los diferentes tipos de colectores solares determinan los diferentes sistemas de EST,que suelen clasificarse en sistemas de baja, media y alta temperatura.

B.6.1.1.1 Colectores de baja temperatura.

En este caso no se utiliza ningún dispositivo para concentrar los rayos solares.La temperatura del fluido a calentar está en la mayor parte de estos colectores pordebajo del punto de ebullición del agua. Según los materiales y técnicas de captaciónempleadas podemos distinguir tres tipos de colectores de baja temperatura, de menora mayor complejidad técnica:colectores no vidriados, de placa plana, y de tubos de vacío.

La instalación EST más simple y más común se compone de un colector plano adosado a un depósito.





o Colectores no vidriados

Son simplemente una gran cantidad de diminutos tubos de metal o de plásticodispuestos en serpentín, por los que circula el agua que va a aumentar sutemperatura. No necesitan caja ni cubierta de cristal. Por esta razón, el aumento detemperatura es bajo, en torno a los 30º C. Están especialmente recomendados paracalentar el agua de piscinas. Las pérdidas de calor son grandes, lo que limita suaplicación a otro tipo de instalaciones, aunque su rendimiento es excelente durantelos meses de verano.Los tubos flexibles toleran bien el paso de aguas agresivas, como el agua de piscinaclorada, pero aguantan mal las tensiones mecánicas que se producen al congelarseel agua, y los rasguños superficiales. Su precio oscila entre 100 y 150 euros/m2.

Esquema de un colector no vidriado.

o Colectores de placa plana

Son con mucho los más extendidos comercialmente, pues consiguen aumentos detemperatura (temperatura de trabajo) de unos 60º C con un coste reducido.Están indicados para producir agua caliente para muy diversas aplicaciones:agua caliente sanitaria, agua caliente industrial, calefacción por suelo radiante,etc. Su precio oscila entre 250 y 300 euros/m2.

Los colectores de placa plana merecen por lo tanto una atención especial.Están compuestos por los siguientes elementos:

Cubierta exterior Habitualmente es un cristal de vidrio simple, aunque también pueden encontrarsecubiertas con cristal doble o incluso de materiales plásticos.Su función es producir el efecto invernadero, reducir las pérdidas de calor y hacerestanco el colector.

Absorbedor Suele estar constituido por una placa metálica sobre la que se encuentra soldadauna tubería de cobre formando un serpentín. La función de la placa es absorber lamáxima radiación solar posible y ceder el calor acumulado a la tubería que conduce ellíquido. La gran superficie de contacto con el exterior del serpentín favorece elintercambio de calor entre la placa y el fluido circulante. Para favorecer la absorción decalor, la superficie de la placa expuesta al sol se suele recubrir de pintura negra.

La placa cede calor al serpentín de tubos que está soldado a ella. Progresivamente,

el fluido que circula por el interior del serpentín aumenta su temperatura hastaalcanzar la temperatura de trabajo del colector.





Aislante térmico Recubre todos los laterales y la parte posterior del colector, reduciendo al mínimola pérdida de calor a través de la carcasa. Puede emplearse un aislante corriente,como lana de vidrio, poliuretano, etc.

Carcasa Es la caja que contiene todos los componentes del colector. Proporciona rigidezal conjunto y mantiene su interior sellado y a salvo de las inclemencias atmosféricas.Generalmente es de aluminio, debido a su poco peso y a su gran resistencia a lacorrosión.

Componentes de un colector solar de placa plana.

Corte transversal de un colector solar de placa plana.

o Colectores de tubos de vacíoLos colectores de tubos de vacío alcanzan mayores temperaturas que los colectoresde placa plana. Es habitual que lleguen a temperaturas de trabajo de más de 100º C.Por esta razón, su aplicación más habitual es la generación de agua caliente para suaprovechamiento en procesos industriales.Así mismo, son apropiados para alimentar las máquinas de absorción existentes en elmercado actual, con el fin de producir frío. También se pueden usar para alimentar unainstalación de calefacción con radiadores convencionales, de alta temperatura, o paraprecalentar el fluido de entrada de una caldera. Son bastante más caros que loscolectores de placa plana. Su coste oscila entre 600 y 700 euros/m2.

Su principio de funcionamiento es idéntico al de los de placa plana. La únicadiferencia consiste en que el vidrio exterior se sustituye por los propios tubos,





en el interior de los cuales se ha hecho el vacío. Las tuberías que transportanel fluido se encuentran en el interior de los tubos de vidrio. El vacío impide cualquiertransmisión de calor al exterior, lo que explica las altas temperaturas que puedenalcanzar este tipo de instalaciones. Son especialmente adecuados para climascon poca radiación solar disponible, o para alcanzar temperaturas superiores a los 100º C.

Elementos de un colector de tubos de vacío

o Colectores de media temperatura

Esta modalidad de colectores son capaces de concentrar la radiación solar en unasuperficie reducida. En este punto, por lo tanto, pueden alcanzar temperaturas muyaltas, como se comprueba cuando usamos una lupa un día soleado para chamuscarun papel.La temperatura de trabajo suele variar entre los 100 y los 400º C. Los más habitualesson los colectores cilíndrico-parabólicos.

o Colectores cilindro parabólicos

Aprovechan la capacidad de los espejos parabólicos de concentrar la radiación quereciben en un punto. Se construyen en forma de sectores cilíndricos, en cuyo focolineal se coloca la tubería que contiene el fluido a calentar. El fluido suele ser aceite,cuyo calor se transmite luego al medio que se desee. Puesto que alcanzantemperaturas muy altas, del orden de los 400º C, suelen utilizarse para generar vapora presión, que hará girar una turbina para obtener electricidad.

Con este tipo de colectores se pueden obtener altas temperaturas de operación,pero su uso no está muy generalizado, pues deben orientarse continuamenteal sol de manera precisa, mediante un mecanismo de seguimiento adecuado.Además, el pulido de la superficie reflectante debe conservarse en buenascondiciones, sin permitir su deterioro por los agentes atmosféricos. Las altastemperaturas que alcanza el colector también exigen el uso de materiales especiales.





Elementos de un colector de tubos de vacío.

o Colectores de alta temperatura

Este tipo de colectores llevan al límite la concentración de la radiación recibida porgrandes extensiones de panel en un solo punto. Son capaces de alcanzartemperaturas de trabajo de más de un millar de grados, en cualquier caso siempre porencima de 400º C. Hoy por hoy no se utilizan de modo comercial, sino en instalacionesde investigación y desarrollo de alternativas energéticas para la generación eléctrica,ensayo de materiales industriales, desalinización de agua marina por evaporación, etc.

De este tipo son las plantas termoeléctricas, que generan electricidad a partir del vaporproducido por el calor solar, que acciona una turbina conectada a un generador. Estasinstalaciones pueden acogerse al régimen especial de producción de electricidad, quesubvenciona determinadas modalidades de producción de fluido.

Un tipo de colector solar de alta temperatura utiliza un campo de helióstatos, espejosque siguen la trayectoria del sol de manera automática y concentran la radiación quereciben todos en un solo punto, normalmente el pináculo de una torre. En este puntode recepción se alcanzan temperaturas superiores a los 1.000º C.

Otra variante, los espejos parabólicos, no concentra los rayos solares en el eje de uncilindro, sino en un punto preciso situado en el foco del paraboloide.Por esta razón, alcanzan temperaturas más altas que en los colectores cilindroparabólicos, hasta 900º C.





natural o forzada, y circuitos abiertos o cerrados.El diámetro de las tuberías de una instalación de EST debe ser el mínimo posible paralimitar las pérdidas de temperatura. Los materiales más usados son el cobre, por susbuenas cualidades técnicas y bajo coste, y los materiales plásticos, siempre quepuedan soportar temperaturas de hasta 120º C.

• Acumuladores de ACS

La función del depósito acumulador es almacenar el agua caliente generada en loscolectores para posibilitar su uso posterior. Los materiales más comúnmente utilizadosen su construcción son el acero inoxidable, la fibra de vidrio reforzada y el acero conprotección interior contra la corrosión.

• Sistema de control y regulación

Asegura que toda la instalación de EST funciona de manera eficiente y con latemperatura deseada en el punto de consumo. En la práctica, consiste en sensores detemperatura y termostatos conectados a las bombas que impulsan el fluidocaloportador y el agua a través de la instalación.

B.6.1.3 Variantes habituales en una instalación de EST, según el tipo decirculación

Tipo de circuito: abierto o cerrado

o Tipo de circuito: abierto o cerrado

Circuito abierto En este caso, el fluido caloportador se utiliza directamente. No hay intercambiadorde calor, ya que el propio fluido que circula por los colectores es el que luego va aldepósito para su posterior utilización.

Ventajas:• Es la solución más sencilla para obtener agua caliente solar, por ejemplo, paracalentar el agua de una piscina.• Proporciona un buen rendimiento térmico, pues no se producen pérdidas detemperatura en el intercambiador de calor.

Desventajas.• Es necesario que no exista ningún material contaminante, ni en el colector nien las tuberías.

• Al emplear agua de la red general, hay mayor riesgo de corrosión de las tuberíase incrustaciones calcáreas. Tampoco se puede prevenir la congelación del fluidomediante anticongelantes.





Instalación de EST de circuito abierto.

Circuito cerrado Es el más utilizado para instalaciones de ACS. En este caso existen dos circuitosseparados: el que contiene el fluido caloportador (primario) y aquel por el que circulael agua caliente de consumo (secundario). El calor del fluido caloportador es cedidopor medio de un intercambiador de calor al circuito secundario. Los dos circuitos,por lo tanto, no tienen conexión directa.

Ventajas:• Podemos elegir el fluido más adecuado para el circuito primario, añadiranticongelante, emplear algún fluido especial, etc.

Desventajas:

• Se trata de una instalación más cara y compleja que en el caso del circuito abierto.

Instalación de EST de circuito cerrado.

Tipo de circulación del fluido: natural o forzada

Circulación natural En este caso no se necesita ninguna bomba para impulsar el fluido que transportael calor. El agua fría entra por la parte inferior del colector y se va calentando. Alcalentarse el agua en el colector, disminuye su densidad y se ve impulsada hacia





arriba. En el depósito acumulador, el agua caliente desplaza al agua fría, que se dirigea la parte más baja y entra en el colector.El resultado es una impulsión natural del agua. El depósito acumulador debe situarseencima del colector solar.

Ventajas:• Es un sistema simple, eficiente, y de bajo coste.

Desventajas:• El agua del acumulador se puede congelar en invierno, pues está a la intemperie. Engeneral, se reducen las posibilidades de regulación de la instalación.• Es necesario instalar un purgador o vaso de expansión.

Circulación forzada.En este caso, el agua se mueve a través del sistema por medio de bombas.

Ventajas:• Aumentan las posibilidades de regulación del sistema a voluntad del usuario.Desventajas:• Es necesario disponer de energía eléctrica de la red para alimentar lasbombas. (También se puede instalar un panel fotovoltaico con este fin).

Instalación de EST de circuito cerrado.

B.7 INTERÉS DE LA EST PARA LAS EMPRESAS

B.7.1 Razones económicas: ahorro de energía convencional

Una instalación de EST no se suele diseñar para sustituir por completo el uso deenergía convencional (gasóleo, gas natural, propano, electricidad, etc.). Si ese fuerael caso, sus dimensiones y complejidad la harían antieconómica.Por ejemplo, debería contar con costosos sistemas de acumulación de energía a largoplazo. Pero lo que sí puede conseguir fácilmente una instalación de Energía SolarTérmica de coste razonable es sustituir aproximadamente las dos terceras partes de laenergía convencional.





El sistema auxiliar a la instalación de EST (una caldera o un calentador eléctrico)entra en funcionamiento para apoyar a los colectores cuando la temperatura delagua de salida del acumulador es inferior a los requerimientos de la demanda.El principal objetivo de una instalación solar es conseguir el máximo ahorro de energía convencional y, por lo tanto, de dinero.

Supone también preparar a la empresa para posibles fluctuaciones de los preciosde la energía y limitaciones de las emisiones de gases de efecto invernadero.Incrementa de esta forma el margen de maniobra de la empresa en un panoramade precios inciertos, lo que redundará favorablemente en su cuenta de resultados.

B.7.2 Razones ambientales: contribuir a la mejora de la calidaddel medio ambiente.

La Energía Solar Térmica tiene dos grandes ventajas ambientales en comparacióncon otras energías no renovables.

• Emplea un recurso inagotable: la radiación solar.

• Su impacto sobre el medio ambiente es mínimo. Los posibles impactosmedioambientales en la fase de instalación no tienen un carácter permanente,y desaparecen en la fase de explotación.

• No emite gases contaminantes a la atmósfera, ni gases de efecto invernadero.Un elemento favorable de la energía solar térmica es que su aplicación sueletener lugar en el entorno urbano, en donde la concentración de contaminantesatmosféricos es más elevada.

• No afecta a la calidad de las aguas ni al suelo. No produce ruidos molestos.

• El principal impacto de los sistemas solares térmicos sobre el medio físicoes el efecto visual sobre el paisaje, por lo que se ha de poner especial atenciónen su integración cuidadosa en el entorno, así como en su adaptación a los edificios.

• No existen efectos negativos sobre flora y fauna, aunque sí se ha de prestarespecial atención en aquellas instalaciones que ocupen una gran extensión de terreno.

B.7.3 Razones de imagen

El factor ambiental es cada vez más determinante en la imagen de las empresas.Una empresa contaminante reduce sensiblemente su calificación de cara a clientesy proveedores. Aprovechar las energías renovables en la empresa supone un cambiopositivo muy importante en este sentido.

La instalación puede considerarse complementaria a una certificación ambiental(ISO 14.000, EMAS), dado que estos sistemas buscan la mejora continua de lagestión medioambiental. Estas certificaciones voluntarias son cada vez másimportantes, tanto desde el punto de vista de la administración como de la crecientetendencia a crear comunidades de empresas respetuosas con el medio ambiente.





En definitiva, emplear energía solar térmica supone dar un paso fundamentalpara conseguir una empresa sostenible, es decir, una empresa preparadapara afrontar el futuro.

B.8 USOS Y APLICACIONES DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

B.8.1 Usos

La Energía Solar Térmica, en sentido amplio, tiene unas posibilidades de aplicaciónilimitadas, que van desde obtener agua caliente en una vivienda a generar electricidaden una gran instalación. Aquí nos ceñiremos a sus aplicaciones prácticas en la gamade baja temperatura, que fundamentalmente son:

• Agua caliente y precalentamiento de agua de proceso• Calefacción• Aire caliente• Refrigeración

Producción de Agua Caliente, Sanitaria o Industrial (ACS y ACI)

Es la aplicación más habitual, más extendida y, hoy por hoy, más rentable.Empleando instalaciones simples y eficaces, obtiene temperaturas en torno a los50º C, a lo largo de los 12 meses del año. La aplicación más generalizada de lossistemas solares es la generación de agua caliente sanitaria, tanto en servicios

de hoteles como en viviendas, residencias, hospitales, campings, instalacionesdeportivas y otros tipos de dependencias.Los porcentajes de energía aportada por el sistema de energía solar suelen ser delorden del 70 u 80% del total, como media anual.

Las aplicaciones de ACS tienen gran potencial de desarrollo, tanto en los hogarescomo en la hostelería, restauración, instalaciones deportivas y, en general, en lasinstalaciones sanitarias de cualquier empresa. Además, es aplicable en laindustria, especialmente cuando se trabaja a temperaturas similares a las delagua caliente sanitaria, o bien para precalentar agua y luego alcanzar la temperaturanecesaria por otros medios. Los elementos y diseño para esta utilización pueden serlos mismos que para agua caliente sanitaria.

Calefacción

En esta aplicación se tropieza con la desventaja de que la demanda de energía paracalefacción es máxima cuando la disponibilidad de energía solar es mínima. Noobstante, resulta una aplicación interesante si se emplea una amplia superficiecolectora (mayor que en el caso del agua caliente) y se combina con sistemasde calefacción que trabajen a baja temperatura, como los de suelo radiante.

Se pueden utilizar colectores planos o bien colectores de vacío, con temperaturassuperiores a 70ºC y fluido especial caloportador. El sistema también proporcionaráagua caliente sanitaria y, eventualmente, calor para el agua de una piscina.Por todo ello, la instalación de sistemas solares para calefacción se debe tener en





cuenta en el momento de construir o reformar una oficina o una vivienda.

Las necesidades de suministro de calor auxiliar con energía convencional en díasnublados y muy fríos se pueden reducir al mínimo si el edificio tiene un buenaislamiento térmico. Una posibilidad interesante es combinar el uso de la instalacióntambién para refrigeración, consiguiendo una climatización completa a lo largo de todoel año.

Producción de aire calienteEn este caso la EST se destina a la producción de aire caliente forzado. Lasaplicaciones principales se encuentran en el secado de productos agrícolas,aunque también se puede utilizar en otros procesos industriales de secado.

RefrigeraciónConstituye un gran reto para los próximos años ampliar el abanico de posiblesusos de la energía solar. Tal vez el más interesante sea el uso de la energía solartérmica para producir frío, acoplando una máquina de absorción al sistema.En este caso, las máximas necesidades de frío coinciden con la máxima disponibilidadde energía solar.

La refrigeración mediante máquina de absorción se basa en que un líquidoque se evapora absorbe gran cantidad de calor de su entorno. Si empleamosun intercambiador de calor, obtendremos una notable reducción de latemperatura en el circuito secundario.Empleando los fluidos apropiados, y mediante ciclos sucesivos de expansióny condensación, podemos obtener temperaturas tan bajas como deseemos, hasta

el punto de congelación. En este caso, la energía solar térmica se obtiene paraproporcionar la energía que necesita el sistema de absorción para funcionar.

Esta tecnología requiere que la instalación solar trabaje con un rendimientoaceptable a las temperaturas requeridas por la máquina de absorción–hoy en día,entre 90 y 100º C– , lo que requiere el empleo de colectores de vacío o colectoresplanos de alto rendimiento. Como todas las instalaciones solares, necesita un sistemaauxiliar de apoyo.

B.8.2 La EST en la industria

Los sistemas de Energía Solar Térmica pueden cubrir una parte muy considerablede la demanda industrial de calor.

En España en conjunto, la demanda de baja y media temperatura asciende al 33%de la demanda total de calor por la industria.

Industria química• Calor para columnas de destilación, secado y transformación de plásticos,entre otros muchos procesos.

Recubrimiento de metales• Baños de acondicionamiento y recubrimiento





Aplicaciones dentro del sector servicios, pequeñas industrias y talleres

Además de sus aplicaciones para proporcionar agua caliente para instalacionessanitarias, el sector servicios también puede utilizar la EST en todos aquellosestablecimientos que necesiten cantidades significativas y regulares de agua caliente,aire caliente, vapor o refrigeración.

B.8.3 Avances en la tecnología de las instalaciones de EnergíaSolar TérmicaLa Energía Solar Térmica de baja temperatura ha alcanzado su plena madureztecnológica y comercial en España. El desarrollo de la industria solar térmica en losúltimos años ha conducido a una calidad considerable en los productos fabricados, junto a la posibilidad de garantizar la productividad térmica.

La industria de fabricación de componentes para EST plantea continuamente mejorasen sus productos con objeto de conseguir un mejor rendimiento, aumentar la fiabilidadde uso y reducir las necesidades de mantenimiento.Estas mejoras suponen un menor coste de inversión para el usuario, comoconsecuencia de la producción a gran escala y de las mejoras de los procesos deproducción y comercialización. La capacidad de fabricación de los principalesproductores españoles es alta, a pesar de la todavía baja demanda de equipossolares.

Colector de tubos de vacío “Heat Pipe”.





B.9 RENTABILIDAD ECONÓMICA DE LA ENERGIA SOLARTÉRMICA

B.9.1 Cinco pasos importantes para evaluar la rentabilidad deuna instalación de EST

1) Evaluar las necesidades de energía del establecimiento (agua caliente sanitaria,agua caliente industrial, frío, aire caliente, etc.).

2) Dimensionar la instalación de EST, teniendo en cuenta el objetivo de cubriraproximadamente dos tercios de la demanda de energía.

3) Determinar el rendimiento de la instalación, en términos de la relación entre la

energía utilizable que proporciona y la energía solar que absorbe el colector.Se trata de obtener el máximo rendimiento posible a un coste razonable.

4) Evaluar el coste de la energía convencional utilizada (siguiendo el procedimientode la Contabilidad Energética, por ejemplo).

5) Dividir el coste de la inversión entre el ahorro estimado de energía convencional.Obtendremos el plazo de amortización, que no debería ser superior a siete años.

B.9.2 Coste de una instalación solar térmica

El coste de los materiales de una instalación solar completa para calentar aguasupone por término medio un desembolso de 450 a 650 euros por cada metrocuadrado de colector, en caso de tratarse de instalaciones pequeñas o medianas.Para grandes instalaciones, el coste es algo inferior, situándose entre 400 y 600 eurospor metro cuadrado de colector.La siguiente tabla muestra estimaciones del coste de una instalación EST en funciónde su tamaño:

Dimensión en m2 Coste en euros/m2

Coste en euros/m2 400-600Entre 60 y 100 m2 430-630

Entre 20 y 60 m2 450-650

Menor o igual a 20 m2 480-700

Instalaciones prefabricadas menores de 7 m2 540-800

Estos precios varían según la complejidad de la obra necesaria para la instalación.





Rango típico de precios por metro cuadrado de panel en función del tamaño de la instalación.

4.34.4.4.3 Avances en la tecnología de la ESTAlgunas de las direcciones en que se mueve• Los costes de operación y mantenimiento son muy bajos, en torno a los 480 eurospor instalación y año.

• Los costes del campo colector (incluyendo el montaje, los soportes, la cimentación ylas conducciones del campo) representan el 80% de los costes totales. El 20%adicional es para el resto de conducciones, los intercambiadores de calor, las bombas,los dispositivos de control y la planificación.

Los costes del calor solar de la solución más económica para cada rango detemperatura varían desde 0,04 euros/kWh a 0,22 euros/kWh, dependiendoprincipalmente del clima y de la temperatura de trabajo. Por esta razón, lascondiciones climáticas deben ser consideradas cuidadosamente en el proceso deplanificación.

A las aplicaciones que necesitan temperaturas por debajo de 150ºC se les puedesuministrar calor solar con un coste considerablemente inferior al de las que operana temperaturas superiores. En las condiciones climáticas del centro de la penínsulaIbérica (Madrid), dicho coste puede ser inferior a 0,08 euros/kWh a una temperaturade suministro de 100ºC. En las condiciones climáticas del sur de Portugal y España,

el calor solar a esta temperatura puede suministrarse a costes de instalación quebajan hasta 0,04 euros/KWh.

B.9.3 Vida media de una instalación de energía solar térmica.Tiempo de amortización de la instalación.La vida media de una instalación de EST es de unos veinte años, aunque actualmentese tiende al diseño de instalaciones con una vida útil de treinta años.

El plazo habitual de amortización está entre cinco y siete años. Esto proporcionaun margen de unos 15 años en que la energía proporcionada por la instalación esgratuita. Este plazo, además, tiende a aumentar, al mismo tiempo que mejora la





eficiencia de los equipos, disminuye su coste y por lo tanto se reduce el plazo deamortización.

El aumento de la vida media de las instalaciones EST supone un aumento notable de su rentabilidad a largo plazo.

C. PANEL SOLAR HÍBRIDO

C.1 Panel Solar Híbrido

Hasta ahora conocíamos dos tipos de paneles solares para el aprovechamiento de laenergía solar, los módulos fotovoltaicos para producir electricidad y los colectores opaneles térmicos para agua caliente. Ambos sistemas son totalmente independientes ydiferentes.Es un hecho cierto que los paneles fotovoltaicos son enemigos del calor, la potenciadel panel esta especificada en base a unas condiciones de prueba estándar,(Irradiancia 100 mW/cm2, temperatura de la célula 25ºC, masa de aire de 1,5, etc.). Enla vida real, la temperatura de la célula es muchísimo más elevada, con lo cual laeficiencia de las células cae al aumentar la temperatura, reduciendo la potencia delpanel aproximadamente un 15%. (TK=-0.44% ºC)

Lo mencionado anteriormente a modo de introducción es algo que casi todosconocemos, pero ¿existe otra alternativa? La respuesta es sí.En la Oficina Española de Patentes y Marcas está registrado un invento llamado“Panel Solar Híbrido”, dicho invento es un panel que integra la energía solarfotovoltaica y Térmica en un único Panel Solar.En el Panel Solar Híbrido, utilizado en edificaciones, el calor existente en las célulasfotovoltaicas, que era un problema, es transferido a un absorbedor de temperaturaintegrado en su parte posterior, el serpentín o similar del absorbedor es recorrido porun fluido calor-portante. Dicho fluido llega al intercambiador de calor del acumuladorde agua caliente, donde cede su energía solar térmica para ser usada en A.C.S. uotros usos. Con este sistema conseguimos aumentar la producción de electricidad un15% y reducir el espacio necesario para instalar ambos sistemas, ya que obtenemosuna cogeneración, mediante la cual se obtiene simultáneamente energía eléctrica yenergía solar térmica útil.

El Panel Solar Híbrido usado en Huertas Solares funciona de una forma similar, perose sustituye el acumulador de agua por un sistema de refrigeración basado enradiadores que enfrían el fluido calor-portante por convección de aire. De esta forma el





Panel Solar Híbrido se usa como un Panel Solar Fotovoltaico Refrigerado,concentrando su función en la producción de electricidad.La vida útil de la instalación es más prolongada debido a que la temperatura de trabajode los Paneles es más baja.

C.1.1 Introducción a los paneles solares hibridos

El presente proyecto de investigación persigue dos objetivos fundamentalesrelacionados con la mejora de la eficiencia energética de los paneles solaresfotovoltaicos. Por una parte incrementar la eficiencia fotovoltaica y al mismo tiempo yen el mismo espacio obtener A.C.S.

El sistema desarrollado consta principalmente de un absorbedor formado por unapletina de cobre, aluminio o cualquier otro material con buena conductividad térmicasobre la cual se ha soldado un serpentín o sistema similar, para formar todo ello unabsorbedor de calor refrigerado por un líquido calor-portante. Este absorbedor estaráadosado a la parte posterior de un panel fotovoltaico, con el fin de disminuir latemperatura en sus células, en los diodos de protección y bypass que forman el panel.

Con todo ello se pretende conseguir un incremento notable en la eficiencia de lospaneles solares, que se prevé sea superior al 15% sobre la potencia de picosuministrada por el panel F.V. Este incremento de potencia es muy significativo, yaque la eficiencia conseguida en los paneles que se comercializan actualmente estásituada entre el 15% y el 25%.

Este sistema desarrollado refrigera las células solares incrementando notablemente laeficiencia en la producción de energía eléctrica. El calor absorbido del panel es

conducido a un acumulador de agua caliente, para utilizarlo en un sistema de A.C.S.,calefacción, etc.…

De todos es conocida la estrecha relación que existe entre la temperatura y cualquiersistema basado en la electricidad; pero, ¿realmente le damos la importancia quetiene? Los Transformadores de alta tensión indican en su placa de características quese ha de reducir la potencia en un tanto % a partir de cierta temperatura, los motoreseléctricos disminuyen su eficiencia cuando se calientan, las baterías paraalmacenamiento de electricidad, las células fotovoltaicas, los alternadores de lasgrandes centrales productoras de electricidad; todo lo que tiene relación con laelectricidad está sometido a los efectos negativos del incremento de la temperatura.

En valores porcentuales la perdida de potencia de un sistema eléctrico es algoconsiderable, pero si adoptamos una visión más amplia y lo vemos a nivel global,podremos intuir la perdida de muchos gigavatios por efectos de la temperatura.

Lo mencionado anteriormente, es algo que la física conoce, pero en tiempos deabundancia energética, se desprecia. Entramos en nuevos tiempos en los cuales elproblema energético se agudizará. Si somos responsables, si nos preocupa el futurodel planeta, de nuestros hijos y sus descendientes; deberíamos empezar a pensar encomo exprimir cada vatio de potencia en cualquier sistema productor o consumidor deenergía, mejorando la eficiencia de los mismos y tomando una actitud responsable desu consumo.

La mayor parte de estos problemas se solventaran cuando lleguen los





superconductores a temperatura ambiente, pero mientras esto no acontezcapensemos…

-Planteamiento del problema:

El rendimiento de las células fotovoltaicas que se comercializan en la actualidad estácomprendido entre un 15% y un 25%, es decir, que sólo una pequeña parte de laenergía lumínica se aprovecha realmente en forma de energía eléctrica. Esterendimiento es menor cuanto más alta es la temperatura.

El aumento de temperatura en las células supone un incremento en la corriente, peroal mismo tiempo una disminución mucho mayor, en proporción, de la tensión. El efectoglobal es que la potencia del panel solar disminuye al aumentar la temperatura detrabajo del mismo. Una radiación de 1.000 W/m2 es capaz de calentar un panel almenos 30 grados por encima de la temperatura del aire circundante, lo que reduce latensión en 2 mV/ (célula*grado) * 36 células * 30 grados = 2,16 Voltios y por tanto lapotencia en un 15%.

Por otra parte, actualmente para instalar energía solar fotovoltaica y térmica, requieredos instalaciones completamente independientes en el lugar de captación quehabitualmente será en la cubierta de los edificios; esto implica tener que disponer demás superficie para realizar ambas instalaciones. El Instituto para la Diversificación yAhorro de Energía calcula que por cada vivienda (cuatro personas, 100 m2) hacenfalta uno o dos metros cuadrados de paneles.El impacto medioambiental y visual, aunque pequeño, también es un dato a tener encuenta, ya que si vemos una instalación aislada, no es significativo, pero si lo vemos

desde un punto de vista más generalizado, podría recordarnos los bosques de antenasque veíamos en los tejados no hace mucho tiempo, hasta la entrada en vigor de la leysobre las Infraestructuras Comunes de Telecomunicaciones, (I.C.T.).

El presente proyecto pretende aportar alguna solución viable a los problemasplanteados.

-Justificación:

Después de haber visto la relación directa entre temperatura y eficiencia energética delos paneles solares se ha indagado en Internet, libros, revistas especializadas, basesde datos en oficinas de patentes, y se ha comentado el problema con profesionales delsector, no encontrando ninguna solución técnica que solvente el problema de latemperatura en los paneles fotovoltaicos, que por otra parte es inherente a la propiaenergía solar.

Si bien es cierto que en las instalaciones fotovoltaicas es recomendable situar lospaneles en lugares bien ventilados, para paliar los efectos negativos de la temperaturasobre las células fotovoltaicas, también es cierto que se está desaprovechando laenergía en forma de calor que existe en las mismas.

Por otra parte la idea de integrar energía solar fotovoltaica y térmica en un mismopanel es un concepto novedoso, y que merece la pena investigar, ya que conllevaríalas siguientes ventajas:





o Menos superficie necesaria para instalar energía fotovoltaica y térmica.o Menos residuos alcanzado el fin de la vida útil de la instalación.o Incremento de al menos un 15% en la producción de electricidad.o Obtención de agua caliente para usos sanitarios, calefacción, etc.…o Prolongación de la vida útil de los paneles solares.o Reducción de la radiación solar reflejada.

C.2 Paneles solares híbridos: ObjetivosLos objetivos que se pretenden alcanzar son los siguientes:

1. Aumentar el rendimiento de un panel solar fotovoltaico en un 15%

2. Obtener A.C.S. a partir del calor absorbido del panel fotovoltaico.

3. Reducir la superficie necesaria para obtener electricidad y A.C.Ssimultáneamente.

4. Aprovechar al máximo la radiación solar por metro cuadrado.

5. Incrementar la vida útil de las instalaciones fotovoltaicas

(a) El aumento de la eficiencia se deberá a la reducción del factor de degradación porefectos de la temperatura sobre las células fotovoltaicas. (Se mejora la zona detransición para la curva I-V)

(b) El calor extraído de las células será transferido al absorbedor que será elgenerador A.C.S.

(c) Al ser el mismo captador se reducirá a la mitad la superficie necesaria.

(d) Se producirá una cogeneración aprovechando la energía en forma de electricidad ycalor.

(e) Los semiconductores que forman las células operarán a temperaturas más bajas ypor lo tanto más idóneas, debido a las propiedades intrínsecas del silicio.

C.3 Paneles solares híbridos: Diseño

C.3.1 Datos de partida:

Se utilizarán dos paneles solares gemelos con las mismas características eléctricas ymecánicas, uno es el utilizado en el prototipo del proyecto y otro es para poderobservar y valorar las diferencias entre ambos en distintas condiciones, (refrigerado ono)

Dimensiones del panel: 300x220mm.





C.3.3 Esquema general teórico.

Nota: para simplificar el dibujo se han omitido los materiales aislantes de los lados y lacara posterior del panel solar. La bomba de circulación y el inversor podrían omitirse,dependiendo del tipo de instalación requerido.




C.4 Conclusiones.

Las conclusiones que se pueden extraer de todo lo expuesto, son las siguientes:• Que refrigerando adecuadamente las células de un panel fotovoltaico se

pueden conseguir incrementos notables en la potencia eléctrica generada porlos mismos.

• Que instalando un absorbedor de calor en el panel solar fotovoltaico, es posibleobtener agua caliente, con la suficiente eficiencia para ser aprovechada enusos de A.C.S., calefacción, etc.

• Que es posible reducir el espacio necesario para instalar energía solarfotovoltaica y térmica.

• Que es posible reducir los materiales necesarios para construir los captadoressolares y por lo tanto reducir los efectos medioambientales negativos.

Se ha buscado principalmente indagar nuevos métodos que incrementen la eficienciaenergética solar, ya que como se ha mencionado, actualmente es tan baja, que enmuchas ocasiones no es rentable su aplicación.

Con los datos obtenidos se llega a la conclusión, ya conocida por los expertos en lamateria, la temperatura en las células fotovoltaicas juega un papel muy importante endetrimento de la eficiencia de las mismas. Por está razón creo que es esencial buscarnuevos enfoques que permitan potenciar su eficacia, y por ende el consumo de estetipo de energía, limpia, respetuosa y amigable con el medio ambiente. Si loconseguimos, las generaciones venideras nos lo agradecerán.

instalaciÓn de paneles solares en la empresa

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