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1.1.-MEMORIA DESCRIPTIVA ÍNDICE

Capítulo

Página

1.1.1.- Introducción………………………………………...............................2 1.1.1.1.-Recursos energéticos………………………………………...…….….2 1.1.1.2.-El Sol…………………………………………………….…………….3 1.1.1.3.-Qué es la energía solar……………………………….………...……...3 1.1.1.4.-Historia de la energía solar…………………………….……...............4 1.1.1.5.-Uso directo y natural de la energía solar……………………………...7 1.1.1.6.-En que beneficia la energía solar al medioambiente y a economía?..........................................................................................................10

mi

1.1.2.- Energía solar Térmica……………......................................................13 1.1.2.1-Introducción….……………………………….……………………....13 1.1.2.2.-¿Qué se puede hacer con la energía solar?...........................................17 1.1.2.3.- Sistemas de captación. Tipos de paneles solares………………..…..19 1.1.2.3.1.-Sistema de captación de baja temperatura……………….…….22 1.1.2.3.2.-Media y alta temperatura………………………………………29 1.1.2.3.3.-Aspectos particulares para una correcta elección de un panel solar plano……………………………………………………………………….…..41 1.1.2.4.- Disposición de los sistemas de captación…………………………....50 1.1.2.4.1.- Estanque solar……………………………………….……..….50 1.1.2.4.2.- Disposición en tejados o azoteas……………………....……...52 1.1.2.5.-Instalación de paneles solares, sistemas de circulación y ejemplos……………………………………………………………………….52 1.1.2.5.1.- Sistemas de circulación natural ……………………...…………57 1.1.2.5.2.- Sistemas de circulación forzada …………………………..…58 1.1.2.5.3.- Sistemas de circulación forzada de vacío….…………………59 1.1.2.5.4.-Algunos ejemplos…………………………………………….59 1.1.2.6.-Mantenimiento de los paneles solares………………………………..68

1.1.3.-Energía solar Fotovoltaica……………………………………...……..71 1.1.3.1.-Los sistemas fotovoltaicos……………………………………………76 1.1.3.2.-Costes y perspectivas…………………………………………………79

1.1.4.-Descripción del modelo desarrollado………………………..………..82 1.1.4.1.-Objetivos y especificación………………………………….………..82 1.1.4.2.-Funcionamiento básico y partes del sistema…………………………87 1.1.4.3.-Inversión, costes y subvenciones…………………………………….90

1.1.5.-Análisis de resultados……………………………………………….…93 1.1.6.-Conclusiones……………………………………….………………….96 1.1.7.-Bibliografía............................................................................................99

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1.1.1.-Introducción 1.1.1.1- Recursos energéticos El mundo moderno basa su desarrollo en el consumo creciente de energía en sus distintas variedades: petróleo, gas, carbón, electricidad, etcétera.

Cuando en la década del 70 los países productores de petróleo llevaron el valor del mismo a precios imprevistos, los países consumidores tomaron conciencia de que era necesario buscar otras fuentes de energía que no fueran las mencionadas más arriba, ya que las mismas se clasifican dentro de las "no renovables", o sea que con el correr del tiempo se van a extinguir.

En la actualidad, el mundo depende del petróleo en un 46%, del carbón en un 27% y del gas en un 17%, lo que hace que la dependencia total de los combustibles fósiles llega al 90%, siendo el 10% restante aplicable a las energías hidroeléctricas, nuclear, etcétera.

Con el aumento excesivo del costo de estas energías no renovables, también se tomó conciencia de un mejor aprovechamiento y de un uso racional y cuidadoso de la energía.

En el curso de las dos últimas décadas, se intensificó el empleo del petróleo y del gas, y sus reservas comienzan a decrecer rápidamente, calculándose su extinción a mediados del siglo 21. Simultáneamente comenzará el uso más intensivo del carbón, cuyas reservas se calculan hasta el siglo 28.

Nos encontramos pues ante la necesidad de reactivar el uso de las energías renovables, o sea, de las energías que nunca se extinguen tales como la solar, la geotérmica, la biomasa, etcétera.

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Naturalmente que la más importante de todas ellas es la energía solar, o sea, la energía suministrada por el sol, que también se manifiesta en la producción del viento, en el movimiento de las olas, etcétera.

1.1.1.2.-El sol

La estrella que, por el efecto gravitacional de su masa, domina el sistema planetario que incluye a la Tierra. Mediante la radiación de su energía electromagnética, indirectamente

aporta

toda

la

directa energía

o que

mantiene la vida en la Tierra, porque todo el alimento y el combustible procede en última instancia de las plantas que utilizan la energía de la luz del Sol.

1.1.1.3.-¿Qué es la energía solar?

Es La energía radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión. Llega a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones, que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestres. La intensidad de la radiación solar en el borde exterior de la atmósfera, si se considera que la Tierra está a su distancia promedio del Sol, se llama constante solar, y su valor medio es 1,37 × 106 erg/s/cm2, o unas 2 cal/min/cm2. Sin embargo, esta cantidad no es constante, ya que parece ser que varía un 0,2% en un periodo de 30 años. La intensidad de energía real disponible en la superficie

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terrestre es menor que la constante solar debido a la absorción y a la dispersión de la radiación que origina la interacción de los fotones con la atmósfera. La intensidad de energía solar disponible en un punto determinado de la Tierra depende, de forma complicada pero predecible, del día del año, de la hora y de la latitud. Además, la cantidad de energía solar que puede recogerse depende de la orientación del dispositivo receptor.

1.1.1.4.-Historia de la energía solar Las primeras utilizaciones de la energía solar se pierden en la lejanía de los tiempos. No obstante, por algunas tablillas de arcilla halladas en Mesopotamia, se sabe que hacia el año 2000 antes de J.C. las sacerdotisas encendían el fuego sagrado de los altares mediante espejos curvados de oro pulido.

En Egipto, hacia el año 1450 antes de J.C., existían unas estatuas sonoras del faraón Amenhotep III. El sonido producido por estas estatuas era consecuencia del aire calentado en sus enormes pedestales, que eran huecos, y que comunicaban con el exterior por un orificio muy pequeño.

Arquímedes utilizó espejos cóncavos, con los cuales incendió las naves romanas durante el renacimiento. Kicher (1601-1680) encendió una pila de leña a distancia utilizando espejos por un procedimiento similar al utilizado por Arquímedes. Ehrenfried von Tschirnhaus (1651-1700), que era miembro de la Academia Nacional Francesa de la Ciencia, logró fundir materiales cerámicos mediante la utilización de una lente de 76 cm. de diámetro.

George Louis Leclerc (1707-1788) fabricó un horno solar compuesto por

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360 espejos con un foco común e hizo una demostración en los jardines del Palacio de Versalles, encendiendo una pila de leña a 60 m.

El primer colector solar plano fue fabricado por el suizo Nicholas de Saussure (1740-1799), y estaba compuesto por una cubierta de vidrio y una placa metálica negra encerrada en una caja con su correspondiente aislamiento térmico. Este colector solar se utilizó para cocinar alimentos que se introducían en su interior.

Antoine Lavoisier (1743-1794), célebre químico francés descubridor del oxígeno, experimenté con lentes de 130 cm. de diámetro y fundió el platino, cuyo punto de fusión es de 17600C.

John Herschell, hijo del célebre astrónomo británico William Herschell, descubridor del planeta Urano, utilizó colectores solares de dos cubiertas también para cocinar alimentos, obteniendo en 1837 un prototipo que alcanzaba los 1160C. En 1874 se instaló en Las Salinas (Chile) un destilador solar pasivo, consistente en 4700 m2 de superficie acristalada que producían 23000 litros de agua dulce al día. Este destilador funcionó durante 40 años hasta que fue traída el agua mediante una tubería desde Antofagasta. En 1875, el francés Mouchont realizó un colector cónico de 18.6 m2 de área de abertura, destinado a la producción de vapor y que fue presentado en París. Este colector tuvo un accidente como consecuencia de haberse quedado sin agua.

Abel Pifre utilizó en la Exposición de París del año 1878 un colector doble parabólico para la producción de vapor, con el cual se accionaba una pequeña imprenta. El primer colector cilíndrico-. parabólico fue ideado por el norteamericano John Ericsson en 1883. Hacia finales del siglo antepasado existía ya un cierto interés por la energía solar, puesto de manifiesto por las diversas revistas científicas de la época.

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A principios del siglo pasado la utilización de la energía solar tuvo especial Interés en Estados Unidos, principalmente en California, donde se hicieron algunos trabajos y estudios en colaboración con astrónomos, construyéndose algunos prototipos de grandes dimensiones. El abaratamiento de los combustibles, como consecuencia de la I Guerra Mundial, dio al traste con todos estos trabajos.

Un ejemplo de los aludidos fue el colector del portugués Himilaya en San Louis (Missisipi) del año 1904, con un factor de concentración de 2000, destinado a fundir metales, así como un colector cónico realizado por el norteamericano Eneas, contemporáneo del anterior.

En 1913, los también norteamericanos Shuman y Boys Instalaron, primero en Filadelfia (USA) y luego en Egipto, colectores cilíndrico. que producían vapor para el accionamiento mecánico de bombas hidráulicas destinadas a irrigación. El colector de Egipto proporcionaba una potencia de 37 a 45 Kw. durante un período de cinco horas.

En la década de los años 30 de nuestro siglo se popularizaron en Japón equipos de circulación natural para obtener agua caliente sanitaria con una capacidad de almacenamiento de 100-200 litros.

Después de la II Guerra Mundial este tipo de sistemas se extendió también en Israel, pero debido al bajo precio de los combustibles convencionales, el uso de la energía solar quedó relegado a un segundo plano.

El resurgimiento de la energía solar como una disciplina científica se produce en 1953, cuando Farrington Daniels organiza en la Universidad de Wisconsin un Simposio Internacional sobre la utilización de la Energía Solar, auspiciado por la National Science Foundation de Estados Unidos. Dos años más tarde, en Tucson (Arizona), se celebró otro simposio y se formó la Asociación para la Aplicación de la Energía Solar.

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Como consecuencia de estos simposios se creó la revista “Solar Energy”, de muy alto nivel científico, que edita la Sociedad internacional de la Energía Solar con sede en Australia, entidad que sucedió a la asociación para la aplicación de la energía solar.

En esta misma época (1954) se descubrió la fotopila de silicio en los laboratorios de la bell Telephone, los cuales recibieron por ello un fuerte impulso debido a las inminentes necesidades de fotopilas para actividades espaciales. En

la década de los años 60, el excesivo abaratamiento de los combustibles

convencionales hizo que se dedicase poca atención al tema de la energía solar, si bien en esta época se construyó el horno solar de Font Romeu (Francia).

Fue en 1973 cuando, como consecuencia de la cuarta guerra árabe-israelí, la OPEP decidió elevar enormemente los precios del petróleo y se produjo un fuerte resurgimiento mundial de la energía solar, al poder ser ya competitiva con los nuevos y altos precios del petróleo y de los productos energéticos en general. En este contexto se prevé, pasados ya más de 15 años desde aquella fecha crucial, un crecimiento moderado pero sostenido de las aplicaciones de la energía solar y de otras fuentes de energía renovables en todo el mundo.

1.1.1.5.-Uso directo y natural de la energía solar

La recogida natural de energía solar se produce en la atmósfera, los océanos y las plantas de la Tierra. Las interacciones de la energía del Sol, los océanos y la atmósfera, por ejemplo, producen vientos, utilizados durante siglos para hacer girar los molinos. Los sistemas modernos de energía eólica utilizan hélices fuertes, ligeras, resistentes a la intemperie y con diseño aerodinámico que, cuando se unen a generadores, producen electricidad para usos locales y especializados o para alimentar la red eléctrica de una región o comunidad.

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Casi el 30% de la energía solar que alcanza el borde exterior de la atmósfera se consume en el ciclo del agua, que produce la lluvia y la energía potencial de las corrientes de montaña y de los ríos. La energía que generan estas aguas en movimiento al pasar por las turbinas modernas se llama energía hidroeléctrica. Gracias al proceso de fotosíntesis, la energía solar contribuye al crecimiento de la vida vegetal (biomasa) que, junto con la madera y los combustibles fósiles que desde el punto de vista geológico derivan de plantas antiguas, puede ser utilizada como combustible. Otros combustibles como el alcohol y el metano también pueden extraerse de la biomasa. Asimismo, los océanos representan un tipo natural de recogida de energía solar. Como resultado de su absorción por los océanos y por las corrientes oceánicas, se producen gradientes de temperatura. En algunos lugares, estas variaciones verticales alcanzan 20 °C en distancias de algunos cientos de metros. Cuando hay grandes masas a distintas temperaturas, los principios termodinámicos predicen que se puede crear un ciclo generador de energía que extrae energía de la masa con mayor temperatura y transferir una cantidad a la masa con temperatura menor. La diferencia entre estas energías se manifiesta como energía mecánica (para mover una turbina, por ejemplo), que puede conectarse a un generador, para producir electricidad. Estos sistemas, llamados sistemas de conversión de energía térmica oceánica, requieren enormes intercambiadores de energía y otros aparatos en el océano para producir potencias del orden de megavatios.

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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, de los cuales hablaremos más tarde con mayor profundidad.

El tema del uso directo o natural de la energía solar se puede explicar de forma resumida en el siguiente esquema:

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1.1.1.6.-En que beneficia la energía solar al medioambiente y a mi economía? La energía solar, además de ser renovable y no contaminar el Medio Ambiente, es una energía muy abundante en España. Su utilización contribuye a reducir el efecto invernadero producido por las emisiones de CO2 a la atmósfera, así como el cambio climático provocado por el efecto invernadero. Además, con su difusión y promoción todos colaboramos a que en el futuro se aproveche también el Sol en otras escuelas y edificios. Beneficios medioambientales Disminución de las emisiones de CO2. Por cada 20 kWh de electricidad producidos a partir de energía solar se dejan de emitir unos 10 Kg de CO2 al año, en 25 años se evitan 250 Kg de CO2. Reducción de la contaminación atmosférica, del efecto invernadero producido por las emisiones de CO2 y del cambio climático provocado por el efecto invernadero. Beneficios educativos Educación de los alumnos en las tecnologías ecológicas y en la cultura de respeto al Medio Ambiente. Posibilidad de creación de un Club Solar en cada centro, que recoja, estudie y elabore trabajos sobre temas relacionados con la energía solar. Programación de actividades educativas relacionadas con la energía solar y la ecología: Semana Solar, concursos, exposiciones con los resultados de los trabajos, etc. Contacto e intercambio con otros centros incluidos en la Red de Escuelas Solares en España (y posiblemente en otros países).

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Beneficios Económicos Cada kilovatio-hora (kWh) producido con energía solar fotovoltaica lo podemos cobrar a 66 Ptas (0.40 €). Una instalación de 5 kW de potencia puede producir al año entre 5.000 y 7.500 kWh, es decir, entre 330.000 ptas ( 1983.34 €) y 500.000 Ptas (3005.06 €) Una instalación de 5 kW de potencia cuesta aproximadamente unos 5 ó 6 millones ptas ( 30050.61 o 36060.73 €) y puede producir entre 150.000 y 187.500 kWh en 25-30 años, es decir, de 10 a 12 millones ptas ( 60101.21 € a 72121.45 €). El beneficio total de la instalación solar es de 150.000 a 275.000 pts al año y entre 4,5 y 7 millones ( 27045.54 y 42070.85 €) a lo largo de los 25-30 años de funcionamiento. Con las ayudas de algunas entidades y administraciones públicas se puede conseguir hasta el 50% de la inversión. Este tipo de subvenciones a fondo perdido no han de devolverse posteriormente. Beneficios Sociales Las energías renovables generan más puestos de trabajo que otras energías más contaminantes. Por cada 100 millones de pesetas invertidas en energía solar se crean entre 4 y 6 nuevos empleos. La misma inversión en energía procedente del petróleo sólo crearía 0,6 puestos de trabajo. Los puestos generados por la inversión en energía solar no son estacionarios (ligados a la construcción de una central, etc.), y se distribuyen a pequeña escala por todo el territorio. La utilización de energía solar en zonas rurales o aisladas, permite la creación de pequeñas empresas, lo que potencia el desarrollo económico de comarcas poco favorecidas.

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1.1.2.-Energía solar térmica

1.1.2.1.-Introducción Una energía garantizada para los próximos 6.000 millones de años

El Sol, fuente de vida y origen de las demás formas de energía que el hombre ha utilizado desde los albores de la Historia, puede satisfacer todas

nuestras

necesidades,

si

aprendemos cómo aprovechar de forma racional la luz que continuamente derrama sobre el planeta. Ha brillado en el cielo desde hace unos cinco mil millones de años, y se calcula que todavía no ha llegado ni a la mitad de su existencia.

Durante el presente año, el Sol arrojará sobre la Tierra cuatro mil veces más energía que la que vamos a consumir. España, por su privilegiada situación y climatología, se ve particularmente favorecida respecto al resto de los países de Europa, ya que sobre cada metro cuadrado de su suelo inciden al año unos 1.500 kilovatios-hora de energía. Esta energía puede aprovecharse directamente, o bien ser convertida en otras formas útiles como, por ejemplo, en electricidad.

No sería racional no intentar aprovechar, por todos los medios técnicamente posibles, esta fuente energética gratuita, limpia e inagotable, que puede liberarnos definitivamente de la dependencia del petróleo o de otras alternativas poco seguras o, simplemente, contaminantes.

Es preciso, no obstante, señalar que existen algunos problemas que debemos afrontar y superar. Aparte de las dificultades que una política energética

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solar avanzada conllevaría por sí misma, hay que tener en cuenta que esta energía está sometida a continuas fluctuaciones y a variaciones más o menos bruscas. Así, por ejemplo, la radiación solar es menor en invierno, precisamente cuando más la necesitamos.

La energía solar es igual de gratis que las demás fuentes de energía. Todas se encuentran allí esperando a que las tomemos, pero al cogerlas cuestan dinero, y en especial coger la energía solar cuesta más que las demás. Acto seguido se expecifica el porqué la energía solar es tan costosa de aprovechar, agrupando los distintos métodos de aprovechamiento para ver comparativamente cuáles son sus posibilidades.

Uno de los obstáculos para el aprovechamiento en general de la energía solar es su baja intensidad. Incluso para las condiciones de tiempo despejado, ha quedado claro que la baja intensidad (y la variabilidad) de la energía son desventajas importantes en una potencial fuente de energía.

A mediodía, en los trópicos, la intensidad puede acercarse a 1 kW por m 2 de superficie expuesta.

Incluso el mejor de los muchos dispositivos que

estudiaremos más adelante para la conversión de la energía solar en formas más convenientes, no nos daría más de unos 150 W/ml aun en estas condiciones ideales. La energía diaria sería tan sólo de 0,5 a 1 kWh/m'. Evidentemente, el tamaño de los colectores por sí sólo haría antieconómico abastecer por este procedimiento otra cosa que no fuese una demanda de energía local y pequeña.

En los países más desarrollados, la demanda total de energía ya es del orden de 50 kWh por persona y día. Para satisfacer esa demanda en una comunidad de tamaño medio por ejemplo 100.000 personas, mediante el método de mayor rendimiento con el que pudiésemos contar en la actualidad, se necesitarían unos colectores con una superficie total mayor de 5 km'. Esta superficie es del mismo orden que el área de terreno sobre la que se construye la ciudad, incluso para las intensidades medias de una ciudad antigua. Si se utilizase una zona alrededor del

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perímetro de esta ciudad, tendría que ser de una anchura de varios cientos de metros. Donde el clima es menos favorable, hay muchos países del mundo donde el consumo de energía excede a la energía solar que incide sobre todo su territorio, habitado o no.

Se han hecho proyectos para situar colectores solares en autopistas y vías de ferrocarril y, en todos aquellos lugares donde no obstaculicen la incidencia de la luz en las apreciadas tierras de labor. Se puede demostrar que con esos sistemas se podría conseguir una parte importante del suministro de energía en zonas desarrolladas. No obstante, aunque no se puede decir que no llegará el día en que se lleven a la práctica esos proyectos, podemos afirmar sin riesgo a equivocarnos que durante bastante tiempo las comunidades de estas zonas seguirán obteniendo su energía por otros procedimientos.

Sin embargo, para las demandas más modestas de una comunidad en desarrollo o rural, la perspectiva puede ser muy diferente.

En este Caso, el

aprovechamiento de la energía, en unas cantidades muy inferiores a la energía incidente sobre la región, produciría unos cambios espectaculares para el futuro de la zona. Además, los dispositivos solares serían competitivos con otras fuentes de energía. La prueba la tenemos en el éxito de las instalaciones de agua caliente solar. La demanda de agua caliente, incluso en los países desarrollados, puede satisfacerse por medio de dispositivos cuya área de colectores sea menor que la superficie de cubierta de los edificios normales de viviendas. Los millones de estos aparatos hoy en uso son una prueba de su competitividad en estas aplicaciones.

Hay cantidad de pequeñas labores, en la actualidad realizadas a mano o utilizando trabajo animal o que no se realizan en absoluto, cuya demanda energética estaría dentro de las posibilidades de los sistemas solares con superficies de colector desde unos cuantos metros cuadrados hasta unos cuantos cientos de metros. Al igual que con otras innovaciones, la introducción de estos aparatos es en gran medida una cuestión económica, materia especialmente difícil. Mientras tanto, sin embargo, estudiaremos de nuevo otra causa de dificultades, que existe incluso cuando la intensidad solar es la máxima posible. Es la variación de la intensidad según la hora

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y la estación, y la gran proporción de tiempo al día en que no podemos contar con la energía solar.

Siempre que se diseñe un sistema de calefacción o de refrigeración de edificios, producción de energía eléctrica para uso continuo y cualquier otra utilización en la que la variación de la demanda no coincida con la variación de suministro, hay que habilitar un sistema de almacenamiento de la energía. Para un cielo continuamente despejado, que se da durante gran parte del año en algunas zonas desérticas, puede ser necesario habilitar un almacenamiento equivalente únicamente al suministro de un día, ya que al día siguiente el suministro se volverá a restablecer. Este pequeño almacenamiento puede seguir siendo suficiente cuando se prevea la utilización de una fuente auxiliar, para aquellas ocasiones en que el surninistro no pueda satisfacer la demanda.

La mayoría de sistemas de calefacción para viviendas que funcionan con energía solar suelen llevar un sistema auxiliar, ya que sería antieconómico diseñar un sistema de calefacción solar de forma que pudiese satisfacer la demanda en el día más nublado y frío del año, ya que para el resto del tiempo resultaría una instalación sobredimensionada.

Evidentemente hay una relación en este caso, entre la

variabilidad de la radiación solar, la variabilidad de la demanda de calefacción, la capacidad del sistema auxiliar y la capacidad de almacenamiento que hay que habilitar.

El equilibrio que hay que establecer entre estos factores depende

fundamentalmente de razones económicas. No podemos entrar aquí en demasiadas profundidades; depende de factores tales como el coste del combustible, materiales, maquinaria y mano de obra, y de la variación de la temperatura del aire exterior.

De alguno de estos factores, como el soleamiento, no se puede hacer una predicción exacta para un emplazamiento dado, sino que se debe hacer un acopio de datos estadísticos durante un período largo de tiempo, para ese emplazamiento concreto. Se verá, sin embargo, que en la relación entre estas magnitudes no se incluyen tanto los valores de asoleo máximos o mínimos que se hayan registrado, sino el tiempo que duran esos períodos de máximo o mínimo.

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Contando con este tipo de datos, el ingeniero puede empezar a equilibrar las distintas partes del sistema: el convertidor de energía, la maquinaria auxiliar (si hace falta) y el sistema de almacenamiento.

Es de vital importancia proseguir con el desarrollo de la incipiente tecnología de captación, acumulación y distribución de la energía solar, para conseguir las condiciones que la hagan definitivamente competitiva, a escala planetaria.

1.1.2.2.-¿Qué se puede hacer con la energía solar? Básicamente, recogiendo de forma adecuada la radiación solar, podemos obtener calor y electricidad.

El calor se logra mediante los colectores térmicos, y la electricidad, a través de los llamados módulos fotovoltaicos. Ambos procesos nada tienen que ver entre sí, ni en cuanto a su tecnología ni en su aplicación.

Hablemos primero de los sistemas de aprovechamiento térmico a grandes rasgos, ya que más adelante se explicaran estos mismos con más detalle. El calor recogido en los colectores puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades. Por ejemplo, se puede obtener agua caliente para consumo doméstico o industrial, o bien para dar calefacción a nuestros hogares, hoteles, colegios, fábricas, etc. Incluso podemos climatizar las piscinas y permitir el baño durante gran parte del año.

También, y aunque pueda parecer extraño, otra de las más prometedoras aplicaciones del calor solar será la refrigeración durante las épocas cálidas

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.precisamente cuando más soleamiento hay. En efecto, para obtener frío hace falta disponer de un «foco cálido», el cual puede perfectamente tener su origen en unos colectores solares instalados en el tejado o azotea. En los países árabes ya funcionan acondicionadores de aire que utilizan eficazmente la energía solar.

Las aplicaciones agrícolas son muy amplias. Con invernaderos solares pueden obtenerse mayores y más tempranas cosechas; los secaderos agrícolas consumen mucha menos energía si se combinan con un sistema solar, y, por citar otro ejemplo, pueden funcionar plantas de purificación o desalinización de aguas sin consumir ningún tipo de combustible.

Las

«células

solares», dispuestas en paneles solares,

ya

producían

electricidad en los primeros satélites

espaciales.

Actualmente se perfilan como la

solución

definitiva

al

problema de la electrificación rural, con clara ventaja sobre otras alternativas, pues, al carecer los paneles de partes móviles, resultan totalmente inalterables al paso del tiempo, no contaminan ni producen ningún ruido en absoluto, no consumen combustible y no necesitan mantenimiento. Además, y aunque con menos rendimiento, funcionan también en días nublados, puesto que captan la luz que se filtra a través de las nubes.

La electricidad que así se obtiene puede usarse de manera directa (por ejemplo para sacar agua de un pozo o para regar, mediante un motor eléctrico), o bien ser almacenada en acumuladores para usarse en las horas nocturnas. Incluso es posible inyectar la electricidad sobrante a la red general, obteniendo un importante beneficio.

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Si se consigue que el precio de las células solares siga disminuyendo, iniciándose su fabricación a gran escala, es muy probable que, para primeros de siglo, una buena parte de la electricidad consumida en los países ricos en sol tenga su origen en la conversión fotovoltáica.

La energía solar puede ser perfectamente complementada con otras energías convencionales, para evitar la necesidad de grandes y costosos sistemas de acumulación. Así, una casa bien aislada puede disponer de agua caliente y calefacción solares, con el apoyo de un sistema convencional a gas o eléctrico que únicamente funcionaría en los periodos sin sol. El coste de la «factura de la luz» sería sólo una fracción del que alcanzaría sin la existencia de la instalación solar.

1.1.2.3.- Sistemas de captación. Tipos de paneles solares La energía solar presenta dos características que la diferencian de las fuentes energéticas convencionales:

Dispersión: su densidad apenas alcanza 1 kW/m2, muy por debajo de otras densidades energéticas, lo que hace necesarias grandes superficies de captación o sistemas de concentración de los rayos solares.

Intermitencia: hace necesario el uso de sistemas de almacenamiento de la energía captada. Ello lleva a un replanteamiento en el aprovechamiento de la energía, totalmente distinto al clásico, lo que requiere un gran esfuerzo de desarrollo. Así pues, el primer paso para el aprovechamiento de la energía solar es su captación, aspecto dentro del que se pueden distinguir dos tipos de sistemas:

Pasivos: no necesitan ningún dispositivo para captar la energía solar, cuyo aprovechamiento se logra aplicando distintos elementos arquitectónicos

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Activos: captan la radiación solar por medio de un elemento de determinadas características, llamado "colector"; según sea éste se puede llevar a cabo una conversión térmica (a baja, media o alta temperatura), aprovechando el calor contenido en la radiación solar, o bien una conversión eléctrica, aprovechando la energía luminosa de la radiación solar para generar directamente energía eléctrica por medio del llamado "efecto fotovoltáico"

El colector es una superficie, que expuesta a la radiación solar, permite absorber su calor y transmitirlo a un fluido. Existen tres técnicas diferentes entre sí en función de la temperatura que puede alcanzar la superficie captadora. De esta manera, los podemos clasificar como:

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Baja temperatura: captación directa, la temperatura del fluido es por debajo del punto de ebullición.

Media temperatura: captación de bajo índice de concentración, la temperatura del fluido es más elevada de 100ºC.

Alta temperatura: captación de alto índice de concentración, la temperatura del fluido es más elevada de 300ºC

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1.1.2.3.1.-Sistema de captación de BAJA Temperatura: Generalmente el aprovechamiento térmico a baja temperatura se realiza a través de colectores planos, cuya característica común es que no tienen poder de concentración, es decir, la relación entre la superficie externa del colector y la superficie captadora, la interior, es prácticamente la unidad.

a)Colectores planos

El principio fundamental de funcionamiento de un colector solar se basa en el aprovechamiento de la propiedad que posee una superficie revestida de negro o de una sustancia de material selectivo, que absorbe la radiación solar en un 90% y la emite en menos de un 10 por ciento.

En particular, el colector solar plano está formado por una superficie metálica plana que lleva adherida a ella una serie de tuberías de cobre,

estando

todo

el

conjunto

revestido de pintura negra absorbente selectiva. Por las tuberías circula el agua a ser calentada por la radiación solar. Para evitar las pérdidas de calor por convección (pérdidas térmicas) se coloca una o dos cubiertas de vidrio entre la superficie de absorción y el medio ambiente; que además de reducir las pérdidas de calor, protegen al conjunto de las condiciones

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atmosféricas. Para evitar la pérdida de calor por conducción, el conjunto lleva en su parte posterior una capa de material aislante térmico que puede ser: poliuretano expandido, lana de vidrio, fiberglass, etcétera.

El rendimiento de un colector solar, en general, se deduce comparando la cantidad de calor que se obtiene del agua y la cantidad de calor que recibe el colector de la radiación solar, o sea:

Si Qr es la cantidad de calor recibida de la radiación solar, y Qu es la cantidad de calor que se obtiene del agua, el rendimiento será:

Desarrollando las expresiones de Qr y Qu en función de las temperaturas del agua, de la temperatura ambiente, de la radiación recibida, y de los elementos que provocan las pérdidas ópticas: transmitancia de la superficie donde incide el rayo solar, absortancia efectiva de la tubería por donde circula el líquido, reflectancia especular, fracción de radiación interceptada por el receptor; y las pérdidas térmicas: coeficiente de transmisión del calor, masa del líquido, temperaturas inicial y final del líquido y temperatura ambiente; se llega a una expresión del rendimiento siguiente:

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Siendo A y B funciones de los elementos arriba citados, Id: la radiación solar directa, Tfp la temperatura promedio del líquido y Ta la temperatura ambiente.

La expresión anterior representada en coordenadas cartesianas es una recta, donde la ordenada en el origen nos da el rendimiento considerando solamente el valor de las pérdidas ópticas, mientras que la inclinación (la tangente del ángulo, nos da las pérdidas térmicas).

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Según se puede apreciar en el dibujo, el rendimiento cae bruscamente a medida que aumenta la temperatura, debido naturalmente a las pérdidas térmicas. Para disminuir estas pérdidas, lo que significa hacer que la recta tenga menos inclinación, se recurre a la solución de poner 2 o 3 cubiertas de vidrio en lugar de una sola. Pero con esta solución aparece otro inconveniente, ya que si bien disminuyen las pérdidas térmicas, aumentan las pérdidas ópticas, ya que todo rayo solar incidente sobre un vidrio pierde parte de intensidad por absorción y refracción en el mismo, pérdidas éstas que se acrecientan al haber más capas de vidrio. Hay entonces una limitación en el número óptimo de cubiertas de vidrio, que depende fundamentalmente del tipo de vidrio, de su espesor, de la temperatura del fluido a calentar; por el cual el número de vidrios conviene que no pase de dos.

Otra forma de reducir las pérdidas térmicas y obtener simultáneamente una reducción de las pérdidas ópticas, es colocar entre las dos placas de vidrio, placas verticales de vidrio o plástico, constituyendo así el conjunto una placa tipo nido de abeja. De esta forma se reducen las pérdidas térmicas por convección, y en cuanto a las reflexiones y refracciones producidas en las placas horizontales son atrapadas por las verticales, recuperándose así parte de las pérdidas ópticas.

Otra forma de mejorar el rendimiento es emplear pinturas especiales selectivas, electroplateado de las superficies con cromo negro o níquel negro, este último desarrollado por un prestigioso físico israelí, el doctor Tabor. La característica de estos dos elementos es la siguiente:

- Cromo negro: sobre una superficie de óxido de cobre o nitrato de cobre se hace el cromado sobre una capa previa de niquelado. Las características son: selectividad = 0.95, emisividad = 0.10 a 0,15

- Níquel negro: sobre una superficie de acero con contenido de níquel y azufre se hace el niquelado. Posee mejores características de selectividad (0.96) y emisividad (0.07), y es ideal para su uso en climas secos, habiendo aún dudas sobre su resistencia a la humedad.

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Existen otro tipo de colectores planos que no responden a esta descripción:

b)Colectores para piscinas.

Son colectores sin cubierta, sin aislante y sin caja, solamente están compuestos por la placa absorbente, que por lo general es de un material plástico. Aumenta la temperatura del agua entre 2 – 5ºC, y solo funciona en épocas veraniegas ya que tiene grandes pérdidas, por eso se usa para calentar el agua de las piscinas.

c)Colectores de vacío

La idea de hacer el vacío entre la cubierta de vidrio y la placa receptora resultó muy atractiva por cuanto ello reduce las pérdidas por convección a cero, y si a ello le agregamos una superficie de absorción selectiva, también se pueden reducir casi a cero las pérdidas por radiación, con lo cual se consigue un colector ideal.

Sin embargo, el conseguir un vacío entre las placas de un colector plano es muy difícil técnicamente, por cuanto hay que tener un soporte rígido del espacio entre las placas (para ello el panel de abeja es ideal) y un sellado hermético a veces imposible de practicar.

Habiéndose conseguido y estando disponible la tecnología para la fabricación de tubos para iluminación fluorescente, se han desarrollado dos tipos de colectores el vacío tubulares, producidos por Corning y Owens-Illinois, que pueden apreciarse en el dibujo siguiente:

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El desarrollado por Corning usa un tubo de vidrio de gran diámetro que rodea a una superficie plana selectiva. En cambio, el de Owens-Illinois emplea también un tubo de vidrio grande pero en lugar de una superficie plana selectiva, usa un tubo concéntrico de menor diámetro que lleva a su alrededor la superficie selectiva.

Según puede apreciarse en la figura, se observa una mejora importante en las curvas de rendimiento si se las compara con las del colector plano, sobre todo en

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la visible disminución de las pérdidas térmicas, pudiéndose así lograr altas temperaturas (cercanas a los 100º C) con un rendimiento importante.

El inconveniente de este tipo de colectores es su costo elevado y su mantenimiento difícil, por lo cual no tienen mucha aceptación en el mercado. También la firma General Electric desarrolló un colector similar y de rendimiento importante, muy parecido en sus características al de Owens-Illinois.

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1.1.2.3.2.-MEDIA y ALTA temperatura Para la obtención de elevadas temperaturas es necesario recurrir a colectores especiales, ya que con los planos es imposible, estos colectores son los colectores de concentración, cuya filosofía no es más que aumentar la radiación por unidad de superficie. Hay varias formas y sistemas, pero la parte común a todos es que necesitan orientación.

a)Colectores de concentración

El principio de los colectores concentradores es el de concentrar mediante procedimientos ópticos la energía que irradia el sol antes de su transformación en calor. Así, una radiación solar que entra a un colector concentrador a través de una superficie determinada es reflejada, refractada o absorbida por una superficie menor, para luego ser transformada en energía térmica. Esto no ocurre en el colector plano donde la transformación de la energía solar en energía térmica se efectúa en la misma superficie que recibe la radiación.

La ventaja importante de este tipo de colector es ante todo la reducción de las pérdidas térmicas en el receptor, pues al ser éste de menor superficie habrá menos área para la radiación del calor y por lo tanto el líquido que circula por el receptor puede calentarse a mayores temperaturas con un rendimiento razonable y a un costo menor. Claro está que las reflexiones y refracciones extras de la radiación solar hacen aumentar las pérdidas ópticas y entonces las curvas representativas del rendimiento, parten de ordenadas en el origen menores que las de un colector plano, pero no tienen la pendiente pronunciada, característica de estos últimos.

Históricamente, la idea de concentrar la radiación solar para obtener más energía, fue anterior a la de los colectores planos. Así, por ejemplo, los caldeos, que se distinguieron por la astronomía, crearon sus lentes fundiendo cuarzo mediante la concentración de rayos solares. En 1695 en Florencia fue fundido un diamante

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empleando energía solar concentrada y el famoso químico francés Lavoisier, ya en el siglo XVIII, hacía sus experiencias químicas a alta temperatura mediante el empleo de lentes concentradores.

Se define como coeficiente de concentración a la relación:

Los colectores concentradores, de acuerdo con el valor de C, se dividen en dos tipos:

- de alta concentración

(C > 10)

Son los que, mediante dispositivos especiales y precisos de enfoque y seguimiento del sol, logran en el receptor una alta densidad de energía;

- de media y baja concentración

(2 < C < 10)

Son los que no requieren dispositivos especiales de enfoque y tampoco un seguimiento permanente del sol, sino la modificación de su posición algunas veces por año, que dependerá del valor de C. Así, por ejemplo, para

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C = 2 a 3; 4 veces por año. C = 3 a 6; 8 veces por año. C = 10; 80 veces por año.

Los colectores concentradores pueden ser de varios tipos:

I.Parabólicos

(por

reflexión) :

El está

colector

formado

por

una

superficie

reflectora

(espejo,

aluminio

anodizado, etc.) de forma parabólica, que recibe los rayos

solares

y

que

merced a la propiedad de la parábola que dice que cuando

los

rayos

son

paralelos al eje de la misma se concentran en el foco de ella, dichos rayos inciden en un elemento receptor ubicado en el foco, que contiene el fluido a calentar.

II. Parabólicos (por refracción):

El colector está formado por una lente que recibe los rayos solares paralelos y los refracta concentrándolos en un punto, donde se encuentra el elemento receptor que contiene el fluido a calentar.

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III. Parabólico compuesto (C.P.C.): El colector está formado por dos parábolas dispuestas de tal manera que ambos ejes forman con la vertical el mismo ángulo f. Se demuestra que existe una vinculación entre la concentración C del colector y dicho ángulo, mediante la expresión:

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Todos los rayos solares que inciden con un ángulo respecto de la vertical y que se encuentran dentro de dicho valor de f tienen la particularidad de llegar por una o dos reflexiones al receptor ubicado en la parte inferior. Este receptor puede ser plano horizontal, plano vertical, cilíndrico, etc.

Este ángulo f recibe el nombre "medio ángulo de aceptancia".

Aquí se ve en corte y ennvista un C.P.C. fabricado en Israel, donde se puede apreciar la superficie reflectora interior de aluminio anodizado, que en la parte inferior

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tiene la forma de trapecio (también puede tener la forma de una W).

En la parte superior hay un vidrio que permite el paso de la radiación solar, que en forma directa o luego de una o dos reflexiones incide en una tubería metálica con revestimiento selectivo por donde circula el fluido a calentar.

Rodea a esta tubería una manga de plástico especial que hace disminuir las pérdidas térmicas por convección en el espacio entre la tubería y el vidrio.

Todo el conjunto está cerrado por una cubierta de chapa de hierro galvanizada y entre ésta y el aluminio reflectivo hay un aislante que puede ser poliuretano expandido, lana de vidrio, etcétera.

A continuación se indica la curva obtenida haciendo el ensayo respectivo de rendimiento y su comparación con los colectores solares planos.

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IV. Parabólico con receptor de foco lineal:

Colector Parabólico Receptor de Foco Lineal

Se trata de un colector formado por un segmento de parábola cilíndrico que tiene su foco constituido por una tubería cilíndrica de metal por la cual circula el líquido a calentar o evaporar. Rodea a esta

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tubería metálica otra de vidrio, y entre ambas se ha efectuado el vacío, para disminuir las pérdidas térmicas por convección.

Este colector requiere un seguimiento permanente del sol por cuanto los rayos de la radiación solar deben ser permanentemente paralelos al eje de la parábola.

Este tipo de colector fabricado en el país por una prestigiosa firma, ha sido instalado en instalaciones muy grandes en los Estados Unidos de América, para la producción de energía eléctrica y se halla conectado con las redes de la Compañía de Electricidad de la región donde se colocó.

Sistema de Receptor Central con Foco Lineal

V. Segmentos parabólicos con receptor de foco lineal:

En los dibujos indicados se presentan dos sistemas que reciben la energía solar y la reflejan a un receptor central del tipo lineal. En el primer caso se trata de una serie de colectores parabólicos individuales enfocados a un receptor común.

En el segundo caso, que ustedes apreciarán directamente en el Kibutz Nir Eliahu, se trata de segmentos de espejos parabólicos accionados simultáneamente, de modo que en todo momendo los rayos reflejados inciden en un receptor formado por una tubería metálica con revestimiento selectivo y rodeada de una tubería de vidrio.

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VI. Plato parabólico con receptor de foco puntual:

Se trata de uno de los pocos tipos

de

colectores

concentradores

tridimensionales y por lo tanto deben tener seguimiento solar en las dos direcciones. El receptor está en el foco del plato parabólico y es equivalente a un punto. A él a veces se conecta un motor Stirling.

b)Otros tipos de capatadores

Heliostatos:

Heliostato (vista

frontal

y

trasera)

Se define así a un espejo plano o ligeramente parabólico de gran superficie (40/50 m2), a veces también formado por varios espejos, colocados sobre una estructura metálica

definida

permite

un

que

le

movimiento

universal, para posibilitar así el seguimiento solar en ambas direcciones: N-S y E-O.

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Los heliostatos se emplean para formar sistemas, en cantidades grandes (30, 40, etc.), formando un campo que tiene la forma de gradas de un anfiteatro, y la radiación solar recibida en cada uno de ellos es reflejada a una torre central receptora, donde la energía solar recibida se la transforma en energía térmica para diversos usos.

Varios proyectos de este tipo se están llevando a cabo en el mundo y en Israel. En California se están instalando 1.800 heliostatos que permitirán obtener una potencia eléctrica de 10 MW. El proyecto se lleva a cabo en una superficie de 30 hectáreas. Algo similar se realiza también en España y Alemania. En Israel, el Instituto Científico Weizman de Rehovot está por completar una instalación de 2,500 m2 de heliostatos (56 de 7.5 x 6 m cada uno) que permitirán generar una potencia eléctrica de 3 MW. El profesor Dostrovsky que se ocupa de este proyecto asegura que si los resultados de esta primera instalación resultaren satisfactorios, se harán de inmediato otras 14 instalaciones en distintas partes del país. En el receptor se piensa obtener temperaturas del orden de los 600°C que permitirán su aplicación a energía eléctrica y química. Ustedes podrán apreciar personalmente esta instalación durante la visita programada al lugar.

Piletas solares:

Bajo condiciones no controladas, el calor solar que se deposita en la masa de agua de una pileta, se disipa a la atmósfera a medida que las capas más calientes, y por ello menos densas, suben a la superficie debido a las corrientes de convección.

Si en cambio se modifica la composición salina del agua de la pileta, haciendo que se componga de varias capas de distinta salinidad: solución diluida de densidad 1.05 en la superficie y solución saturada de 1.3 en el fondo, o sea de varias capas de densidad variable y creciente desde la superficie al fondo, se impide la aparición de corrientes de convección desde el fondo a la superficie al calentarse el agua por efecto de la radiación solar. En consecuencia, la radiación solar que penetra hasta el fondo logra calentar la capa inferior hasta 90°C, mientras que la capa

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superior no pasa de 30°C. No habiendo convección y siendo el agua mala conductora del calor, se acumula en las capas inferiores energía térmica en forma de agua caliente, que puede extraerse directamente mediante tuberías, o poniendo un intercambiador de calor adecuado.

Este es el fundamento de una pileta solar, que son piletas artificiales de superficie variable y de una profundidad que varía de 1 a 3 metros. El fondo de la pileta está pintado de negro.

Las ventajas del empleo de la pileta solar somo colector son:

1. Bajo costo inicial.

2. Empleo de materiales no degradables con el medio ambiente.

3. Sistema propio de acumulación de calor, que puede aprovecharse cuando no hay sol.

Sus inconvenientes son:

1. Necesidad de grandes extensiones de terreno, para disminuir los efectos laterales.

2. Rendimiento térmico muy bajo (del orden del 10%).

3. Con el tiempo se produce difusión de las sales que obliga a separar el exceso que aparece en las capas superiores.

4. Acumulación de desperdicios en la parte superior.

5. Eventual formación de olas que alteran el gradiente de salinidad. Ello obliga a colocar redes rompeolas.

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6. Requiere un mantenimiento más riguroso.

7. Se deben hacer en terrenos planos, en zonas cercanas al mar, en suelos de bajo contenido biológico y sin napas freáticas altas.

Sistema de Receptor Central con Foco Puntual

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Se puede ver su aplicación en Israel, en la zona de Ein Bokek (vecina al Mar Muerto), donde hay una instalación de 150 KW equipada con una turbina especial acoplada a un generador que produce la energía eléctrica. En ese mismo lugar se dio comienzo a una instalación de 5 MW que proveerá de energía eléctrica a toda la zona de hoteles del lugar. La ventaja de la ubicación de estas piletas solares es la cercanía al Mar Muerto que como se sabe su agua posee una concentración salina muy alta.

1.1.2.3.3.-Aspectos particulares para una correcta elección de un panel solar plano

Con los catálogos pocas cosas podemos hacer, aunque podemos saber de qué está hecho el circuito hidráulico, la disposición de las conexiones y tal vez el material de la caja y cubierta. Este es el momento de dirigirnos al fabricante, distribuidor o aprovechar una exposición, feria, etc. para poder ver y tocar el panel solar.

Los catálogos pueden ser engañosos, pues distorsionan la realidad en un sentido u otro. Si no se tiene experiencia o no se conocen de antemano, es muy conveniente examinar los paneles personalmente y hacer las preguntas que creamos conveniente a la persona que nos lo señale.

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a)DISEÑO, TAMAÑO Y PESO DE UN PANEL SOLAR PLANO

Generalmente, todos los paneles solares pianos consisten en un paralepípedo, caracterizado por las tres dimensiones: largo, ancho y grueso. La disposición más general es la vertical, es decir, el lado menor se coloca horizontal, recorriendo el circuito hidráulico la placa colectora de abajo a arriba. Esta disposición vertical suele ser más eficiente para conseguir temperaturas más elevadas y es más barata de fabricar, en la mayoría de los casos, por lo que es el más general. Existen paneles que se colocan al revés, es decir con el lado mayor horizontal (apaisados). Esta disposición horizontal se presta más a paneles sin excesivos requerimientos de altas temperaturas, pero suele ser más cara y la distribución del fluido en su interior no suele ser tan eficiente.

Existen también paneles solares cuadrados, que tienen características intermedias, pero que en general son más pequeños en superficie que los rectangulares. Hay finalmente paneles especiales con la cubierta curvada, con espejos en el interior, etc,

El tamaño de los paneles es un dato Importante. Las dimensiones estandarizadas son de 2 x 1 m de largo x ancho, lo que permite disponer de aproximadamente 1 .8 a 1.9 m2 de superficie útil por panel solar. Paneles de mayor tamaño son difíciles de transportar, mientras que si son más pequeños el efecto de las superficies inútiles del marco, las conexiones entre ellas, etc. aumentan considerablemente, especialmente en instalaciones de un cierto tamaño.

El peso es otro factor a tener muy en cuenta. El peso ideal es de unos 30 Kg/m2 de panel, que asegura una cierta rigidez, al tiempo que el peso total de los paneles es aceptable.

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b)ACABADO

Nos fijaremos ahora en el aspecto exterior del panel. Este debe tener un aspecto agradable a la vista; debemos comprobar que el marco exterior es uniforme en toda su longitud, que la placa colectora no presenta raspaduras desconchaduras o abolladuras, que los elementos de cierre son uniformes a todo lo largo del panel, que los orificios para las conexiones estén limpios y perfectamente sellados y, en general, que no se aprecie ninguna “chapuza”.

c)CUBIERTA

La cubierta puede ser de vidrio o plástico. En general, son preferibles las cubiertas de vidrio. En los paneles de 2 x 1 m, suelen haber dos vidrios, uno que cubre la parte inferior y otro para la superior. En paneles más pequeños puede haber un solo vidrio. Un panel de 2 x 1 m. o mayor con tan solo vidrio es desaconsejable, pues este vidrio, aunque suele ser de mayor espesor, está más expuesto a romperme por dilataciones, pedrisco, vientos huracanados, etc.

El vidrio puede ser del tipo solar o normal (transparente). El de tipo solar es pulido en su cara interior y ligeramente rugoso en la exterior. Esto se hace para aumentar el cono de abertura útil (que es en este caso, mayor de 1200C). Este tipo de vidrio está comercializado en España y cada vez tiene más aceptación.

El colector puede tener dos cubiertas; en este caso el colector es especial para obtener altas temperaturas.

Si la cubierta es de plástico deberemos ir con más cuidado. Los plásticos más utilizados son el policarbonato y el Tedlar. Si utiliza policarbonato, lo reconoceremos por su enorme transparencia, pero deberemos averiguar si ha sido tratado para resistir a la radiación ultravioleta. Las láminas de policarbonato, tienen un espesor similar a las de vidrio, pero en general los plásticos se comportan peor que el vidrio en relación con el “efecto invernadero”

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Si la cubierta es de Tedlar, lo reconoceremos por el hecho de ser ligeramente mate y por su falta de rigidez. El Tedlar es una película de 0.1 mm. de espesor de fluoruro de polivinilo. El Tedlar es el plástico que mejor comportamiento tiene: tiene una transmitancia tanto para la radiación solar como para la infrarroja lejana bastante aceptable (aunque el vidrio es mejor), es inmune a la radiación ultravioleta, resiste altas temperaturas y a pesar de su pequeño espesor, es altamente resistente a impactos, golpes, etc, hasta el extremo que un hombre puede andar sobre la cubierta de Tediar de un colector sin dañarla (cosa impensable en cubierta de vidrio o policarbonato). A pesar de ello, el Tediar se usa poco debido a su elevado precio y a las dificultades que entraña la fijación del mismo en el panel (cosa que no ocurre con una lámina rígida).

d)MATERIAL Y FORMA DEL CIRCUITO HIDRAULICO

El material y la forma del circuito hidráulico son importantes por dos motivos: el material del circuito hidráulico (aluminio, cobre, acero, acero inoxidable) nos determinará el material de las tuberías y del depósito acumulador en el caso de líquidos, ya que debido a los problemas de corrosión no es conveniente utilizar materiales muy distintos entre sí, como, por ejemplo, cobre y acero galvanizado.

Por su parte, la forma del circuito hidráulico y su diseño (serie, paralelo, tubos, canalículos) determina la presión máxima de utilización. Los circuitos en serie de tubos son los más resistentes, siguiéndole luego los circuitos en paralelo, también de tubos. Los circuitos más sensibles a sobrepresiones son los formados por canalículos hechos en la propia placa, ya sea por soldadura de dos placas estampadas entre sí o por una placa Roll-Bond. (En los catálogos suele venir indicada la presión máxima de servicio).

En general, son preferibles los circuitos en paralelo, así como los formados por tubos Independientes de la placa colectora (que son más seguros), aunque la transmisión de calor sea en estos casos un poco peor.

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e)SUPERFICIE SELECTIVA

La superficie selectiva requerirá seguidamente nuestra atención. Debemos comprobar que el pigmento negro sea totalmente uniforme en toda la superficie de la placa colectora, sin la presencia de zonas más brillantes o más mates. Asimismo, deberemos comprobar que no existe ningún agrietamiento, irregularidad, etc. en la misma. Según el sistema de tratamiento elegido y los materiales (pintura, electrodeposición, tratamiento químico, los componentes del pigmento selectivo pueden reaccionar con el metal base o con la humedad del aire, degradándose, o bien despegándose del mismo y saltando. Este punto es sumamente delicado y no estará de más preguntar acerca de las garantías que tiene el recubrimiento, tanto si es selectivo como si no. Finalmente, recordemos que la selectividad, especialmente si es muy elevada, puede perder características rápidamente con el paso del tiempo y disminuir a valores inferiores de los previstos.

f)AISLANTE TÉRMICO

A continuación de la placa colectora nos encontramos con el aislante térmico. Aquí debemos comprobar la presencia del reflector, una hoja de aluminio brillante, pegada encima del aislante en la parte que mira a la placa colectora. El reflector, como su nombre indica, es un espejo térmico que refleja otra vez hacia la placa la radiación que ésta emite por debajo, por lo que su presencia aumenta el rendimiento energético de un panel solar respecto a otro idéntico sin ella.

El aislante debe tener un grosor apropiado (nunca inferior a 3 cm y preferentemente 5 cm y más). Cuanto mayor es el espesor de aislante, tanto mejor, pues las pérdidas del panel serán reducidas. Un dato muy importante y que se suele pasar por alto es comprobar que el aislante continua por los cuatro laterales del panel solar. A veces, por razones estéticas y para aproximar más la superficie total a la de abertura (es decir, hacer el marco más estrecho), los fabricantes no ponen aislante en esta zona; esto es especialmente grave en el lateral superior, donde debido a la

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convección interna, el material estará muy caliente, con pérdidas elevadas. Una simple inspección a través de la cubierta transparente nos evidenciará si existe aislante (que generalmente estará tapado por una chapa metálica por razones estéticas) o si es imposible que éste exista debido al escaso espesor del marco.

El tipo de aislante es muy importante, ya que los aislantes son materiales fibrosos que tienen tendencia a absorber humedad. La humedad puede infiltrarse en un panel a partir del aire atmosférico o por entrada directa de agua, por ejemplo, de lluvia. Los aislantes húmedos pierden sus propiedades aislantes y se vuelven buenos conductores del calor. Por esta razón deberemos asegurarnos que el aislante elegido por el fabricante no tenga estos problemas.

g)MARCO EXTERIOR Y/O CAJA

Todo lo anteriormente descrito se introduce en una caja, la cual puede ser de una sola pieza o bien compuesta de un marco y de una placa de fondo Independiente (que generalmente es una plancha e acero galvanizado) Ya hemos dicho que es conveniente que el marco tenga algunos centímetros de grosor, con objeto de tener aislante térmico en su interior.

La caja puede ser metálica o de algún material como poliéster reforzado con fibra de vidrio (material, este último, con que se fabrican embarcaciones). Si la caja es metálica, es preferible que conste de un marco y de una placa de fondo independientes. Los materiales más utilizados para el marco son el acero inoxidable y el aluminio anodizado, por su resistencia a la corrosión. Los marcos de acero pintado no son convenientes, pues acaban oxidándose tarde o temprano. El marco es el elemento donde se apoyan todos los componentes del panel solar, por lo que es conveniente que sea muy rígido. En acero inoxidable los cuatro laterales pueden soldarse entre sí, mientras que en aluminio anodizado se atornillan.

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Si la caja es de poliéster, ésta suele ser de una sola pieza, pudiendo a veces llevar refuerzos de alambre en algunas zonas, especialmente en el marco, y con dibujos y nervaduras en el fondo para darle más rigidez mecánica.

h)FIJACIONES

Debemos a continuación examinar las fijaciones del panel. Hay paneles que las llevan incorporadas, mientras que en otros los mismos fabricantes proporcionan unas piezas sencillas que los sujetan por las esquinas. Es importante destacar que las fijaciones deben ser robustas y sencillas. Todas aquellas fijaciones compuestas de piezas complicadas y mas o menos ingeniosas conducen a que tengamos que depender de unas piezas exclusivas y caras.

i)CONEXIONES

Los tubos de conexión, ya vimos que podían presentarse de tres maneras diferentes: por los laterales derecho e izquierdo, por los laterales superior e inferior y por la parte posterior. Lo normal es que estas conexiones estén rodeadas a fin de acoplar allí el racord apropiado. No obstante, hay algunos que son lisos y están previstos para ser soldados o para colocar un manguito de plástico. En general, las conexiones roscadas son preferibles sobre las demás, ya que pueden permitir el rápido desmontaje de un panel y la sustitución por otro.

En el caso de que ¡a conexión sea por la parte posterior hay que verificar que el tubo de salida está lo más alto posible e incluso si no es perpendicular a la placa de fondo sino inclinado hacia arriba (hecho que es preferible) para poder dar salida a las posibles burbujas de aire.

j)ELEMENTOS DE CIERRE

El panel, en general, debe ser estanco, principalmente a la lluvia. Por otra parte, los paneles a lo largo de las 24 horas del día están sometidos a fuertes

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calentamientos y enfriamientos que hacen que sus materiales se dilaten de forma apreciable. Ello obliga a disponer de elementos de cierre que garanticen la estanqueidad, pero permitan las dilataciones. Esto se consigue mediante juntas de caucho especial y/o de siliconas.

Estos materiales deben colocarse a lo largo del perímetro de la cubierta transparente, en los ángulos de aquellos marcos que sean de cuatro piezas no soldadas, junto a los elementos de fijación y en las conexiones.

Los elementos de cierre pueden degradarse con el tiempo debido a tas altas temperaturas, y a la radiación ultravioleta. Los tipos de caucho más usado son el Etileno—propileno y el EPOM. Las siliconas, que pueden teñirse del color que se desee, son en general más resistentes que los cauchos.

Un cierre defectuoso origina un problema muy común después de una lluvia o de unos días con mucha humedad: el agua entra dentro del panel solar, bien sea directamente (lluvia) o en forma de vapor de agua. Mientras que el vapor de agua existente dentro del panel solar esté por encima del punto de rocío no pasará nada, pero en caso contrario el agua condensará en forma de vaho, preferentemente en la parte inferior de la cubierta transparente.

El empañamiento del panel tiene lugar preferentemente le noche, cuando la temperatura es baja, y en las zonas inferiores del panel. El vaho formado no deja pasar la radiación solar, por lo que el panel solar no se calienta. Al no calentarse el panel solar, el vaho no se desvanece y el rendimiento energético es bajo. Este fenómeno se ve acentuado si el material aislante es buen absorbente de humedad. La presencia de humedad es peligrosa, pues puede provocar la oxidación de la placa colectora y la degradación de la superficie selectiva.

El empañamiento se evita haciendo algún orificio en la parte posterior del panel, al abrigo del agua de lluvia. En general, un panel solar debe ser estanco al agua de lluvia, pero no necesariamente hermético, siendo preferible que posea una

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cierta ventilación por la parte posterior del mismo.

k)ACCESIBILIDAD DEL PANEL SOLAR

Finalmente, debemos fijarnos en un detalle de suma importancia: la accesibilidad de las diferentes partes del panel solar y su posible desmontaje. En este sentido son preferibles aquellos paneles que estén atornillados o que puedan desmontarse con cierta facilidad.

Hay paneles en los que, una vez construidos, resulta imposible hacer cualquier reparación sin romperlos. La accesibilidad es especialmente Importante en el caso de la cubierta transparente, ya que este elemento es el más vulnerable debido a su fragilidad. Por ello, el panel debe estar construido de tal forma que se pueda cambiar la cubierta fácilmente, incluso sin necesidad de desmontarlo ni desconectarlo del circuito hidráulico.

Igual recomendación debe hacerse para el resto de componentes, aunque en este caso deberemos desmontado y desconectarlo del circuito hidráulico.

Con estas ideas, a buen seguro ya disponemos de elementos de juicio más que suficientes para hacer una elección acertada del tipo de panel solar que deseamos instalar.

Para ello deberemos evaluar los pros y contras de cada marca, teniendo bastante claro que no existe ningún panel que cumpla todos los requisitos de perfección.

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1.1.2.4.- Disposición de los sistemas de captación -Estanques solares. -Disposición en tejados o azoteas.

1.1.2.4.1.- Estanque solar Los estanques solares son un sistema para el almacenamiento de energía solar en forma de calor de un modo sencillo y económico.

Estos solares

permiten

almacenamiento periodos encuentran

estanques

de

el

en

largos

tiempo.

estanques

Se

solares

naturales en lagos muy salados de Hungría.

Estos consisten en: Lagos o estanques donde penetra la radiación solar, calentando el agua. El agua caliente al tener menor densidad que el resto del líquido, asciende por convección. En la superficie es mayor que en el fondo y se enfría.

Estos fenómenos tienen lugar por convección, que es el modo más común de transporte de calor en los fluidos. Si se logra impedir la convección, la zona de agua caliente no podrá ascender ni descender en la masa del líquido. Consiguiendo de esta

forma almacenar agua caliente.

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El estanque solar se compone de tres capas:

La capa superficial, que es convectiva a causa de la lluvia, viento, evaporación... La capa intermedia, que no es convectiva y es donde se acumula el agua caliente La capa inferior, que es convectiva, transmitiendo calor al fondo del estanque o lago.

Para anular la convección:

Se diluye sal cuya solubilidad no varía con la temperatura (sal común). El agua se distribuye por capas de salinidad, menor conforme este más en la superficie. Teniendo un estanque o lago con la superficie de agua dulce y el fondo saturado de sal.

Por lo tanto la densidad del agua es mayor a mayor profundidad. Ahora al recibir la radiación solar, el agua salada se calienta más que el resto que le rodea. Al calentarse, disminuye su densidad, con lo que tendría tendencia a ascender. Pero como las capas superiores tienen densidades menores, no existen fuerzas ascensionales.

La zona de agua caliente permanece inmóvil. Lo mismo ocurre al enfriarse.

Es difícil de imaginar, la creación de un lago solar, ya que conlleva la utilización de un recurso natural y medioambiental, mucho más valioso y apreciado que la energía que se pueda extraer de él.

Instalaciones industriales para el aprovechamiento de este tipo de sistemas, lo podemos encontrar ahí, donde de forma natural existe, por ejemplo, en Israel, en el Mar Muerto donde hay dispuesta una planta que produce 150 kW.

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1.1.2.4.2.- Disposición en tejados o azoteas Las instalaciones centrales están formadas por "baterías" de colectores, ya sean unos pocos, para un edificio pequeño de viviendas o una piscina, hasta centenares de colectores para Hospitales, grandes hoteles que poseen grandes tanques de acumulación de agua, preparados para recibir una energía convencional de apoyo como electricidad o gas.

Los colectores se montan en baterías ya sea en serie o en paralelo.

Gracias a la

energía solar el agua consigue la temperatura

requerida,

ahorrando combustible y reduciendo la polución causada por los sistemas convencionales.

1.1.2.5.-Instalación

de

paneles

solares,

sistemas

de

circulación y ejemplos

A. El dimensionamiento de los paneles solares Para calcular el tamaño de los paneles solares que hay que instalar debe tenerse en cuenta el consumo previsible de agua caliente de la familia, así como el de los elementos domésticos que puedan hacer uso de él. Por ejemplo, se calcula que en una familia, de media, el consumo de agua caliente es de aproximadamente 30–50 litros/día por persona. El agua caliente producida por un panel solar varía en función de diferentes elementos: la posición, la zona geográfica, la radiación solar diaria, etc. De

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media, puede considerarse una producción de agua de 80–100 litros/día, a la temperatura de 40° C, por cada metro cuadrado de panel instalado. Para calentar el agua del depósito hace falta aproximadamente media jornada de sol en verano y un día en invierno. La temperatura del agua que se puede alcanzar en los días de sol es de aproximadamente 40° C en invierno y de aproximadamente 60–80° C en verano. Teniendo en cuenta las variables referidas, en la tabla siguiente se propone un esquema de dimensionamiento del depósito y de los paneles solares: VIVIENDAS USO ANUAL ORIENTACIÓN SUR Nº

Capacidad

personas boiler

Metros cuadrados paneles

1÷3

130÷150

1,8÷2,6

3÷5

200÷300

3,6÷5,2

6÷8

300÷450

5,4÷7,8

B. Una solución para cada situación Todos los edificios que tienen un espacio soleado (tejado inclinado, tejado tipo azotea, jardín, etc.) pueden tener una instalación solar para la producción de agua caliente sanitaria. El coste de instalación es tanto más bajo cuanto más fácil es acceder a estos lugares. Es preferible un tejado tipo azotea o un jardín bien soleado, pero vale también una cubierta de tejas. Debe prestarse especial atención a la mejor ubicación del panel solar. Hay que elegir la posición que ofrezca la mejor irradiación solar, pero también las

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zonas más accesibles y menos criticas para los anclajes, pues así se ahorra en los costes de instalación.

Es mejor si los paneles solares están orientados hacia el sur, con una tolerancia de desviación hacia el este o el oeste de 30°, y una inclinación de aproximadamente 35–40° respecto al plano horizontal. Cada instalación de paneles solares presenta problemas específicos, todos solucionables, pero hay que enfrentarse a ellos pidiendo distintos presupuestos a empresas e instaladores cualificados.

ANTES DE COMPRAR UN SISTEMA SOLAR •

Consultar una empresa solvente.

•

Pedir una declaración por escrito sobre cuanta agua caliente puede producir el panel.

•

Pedir siempre que el presupuesto incluya los costes de instalación.

C. En los edificios en construcción Lo mejor es proyectar las viviendas nuevas pensando en todas las conexiones y las necesidades para la instalación de un sistema solar. Una ubicación

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correcta del panel solar en el edificio permite obtener el máximo rendimiento con un gasto mínimo de instalación. Todas las viviendas nuevas, e incluso las que se fueran a reformar, deberían estar preparadas para la instalación de paneles solares. Esta predisposición tiene un coste irrelevante y la instalación de un sistema solar permitiría ahorrar mucho dinero durante la utilización de la vivienda. Los paneles solares pueden instalarse en todos los edificios: desde los chalet individuales a las comunidades de propietarios.

D. En las casas con tejado de tejas En primer lugar debe averiguarse la orientación del tejado. La posición más ventajosa es la orientación sur. En todo caso se podrá instalar en el tejado incluso si está orientado hacia el sureste o el suroeste. Es importante que el tejado tenga una inclinación de por lo menos 35° respecto al plano horizontal. Hay que tener cuidado para que en ningún mes del año haya sombras que cubran el panel de los rayos del sol.

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E. En las casas con tejado tipo azotea La instalación de los paneles solares en un tejado tipo azotea es la solución más fácil porque ofrece la seguridad de poder orientar el colector solar hacia el sur (excepto eventuales sombras), con la inclinación optima, reduce al mínimo los costes de instalación y permite un fácil mantenimiento.

F. En el jardín Entre las diferentes zonas en las que se puede instalar un sistema solar está el jardín, siempre que la casa tenga una zona verde no cubierta por la sombra en los diferentes meses del año. Cuando sea posible, la instalación del sistema solar en el jardín es la mejor solución ya que es fácil de realizar y poco costosa.

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1.1.2.5.1.- Sistemas de circulación natural Los sistemas de circulación natural son muy sencillos, requieren poco mantenimiento y se pueden construir utilizando cualquier modelo de panel solar.

Todos los sistemas de circulación natural se basan en el principio por el que el fluido del circuito primario, calentado por el sol, disminuye su densidad, se vuelve más ligero y asciende, provocando un movimiento natural del fluido mismo. En los sistemas de circulación natural el depósito de acumulación del agua tiene que estar siempre colocado más arriba del panel y a poca distancia del mismo. La mejor solución técnica y estética es la colocación del depósito de acumulación debajo del tejado a una altura superior respecto a la del panel solar. Esto permite reducir al mínimo las dispersiones térmicas y tener un fácil acceso al depósito para eventuales operaciones e mantenimiento o completar el líquido del circuito primario. La aplicación típica de los sistemas de circulación natural es la producción de agua caliente para uso sanitario.

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1.1.2.5.2.- Sistemas de circulación forzada El principio de funcionamiento de un sistema de circulación forzada se distingue del de circulación natural porque el fluido, contenido en el colector solar, fluye en el circuito cerrado por efecto del empuje de una bomba controlada por una centralita (o termostato) activada, a su vez, por sondas colocadas en el colector y en el depósito. Las aplicaciones típicas de la circulación forzada son, además de la producción de agua caliente para uso sanitario en los casos en los que la circulación natural no se puede utilizar, la calefacción y la conservación de la temperatura del agua de la piscina, el agua caliente en las comunidades y en la industria. Los sistemas de circulación forzada son más complejos que los de circulación natural, y han de ser instalados por personal especializado. Son un poco más caros, pero en cambio ofrecen una mayor eficiencia porque hacen más rápida la circulación del fluido, con la consiguiente mayor absorción de la radiación solar. Además, el depósito se coloca dentro del edificio donde se registra una menor dispersión térmica y una mejor accesibilidad para su mantenimiento. Hay que instalar los sistemas de circulación forzada: o

cuando el deposito no se puede colocar más alto que el panel solar;

o

en las instalaciones de gran tamaño;

o

cuando la intervención ha de ser especialmente precisa.

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1.1.2.5.3.- Sistemas de circulación forzada de vacío Los sistemas de circulación forzada de vacío permiten solucionar el problema del sobrecalentamiento del fluido portador del calor, que puede darse cuando el calor producido por el sistema solar no se utiliza por mucho tiempo y el fluido puede alcanzar temperaturas extremadamente altas. En el caso de alcanzar temperaturas entre los 160–170° C el fluido anticongelante se transforma químicamente y deja de tener una función anticongelante, arriesgando el correcto funcionamiento del sistema en el periodo invernal. En los sistemas forzados de vacío esto no pasa ya que, con el sistema parado, el fluido portador del calor fluye de los colectores hasta el interior de un depósito de drenaje: allí las bombas de circulación se paran para permitir al fluido en el circuito volver al deposito de drenaje.

1.1.2.5.4. Algunos ejemplos AGUA CALIENTE PARA LAS COMUNIDADES DE VECINOS Debe prestarse una especial atención a la hora de proyectar los sistemas para la producción de agua caliente para las comunidades de vecinos, sobretodo para las que superan las tres plantas.

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Figura A A partir del esquema de la figura A, en el que se han utilizado sistemas de circulación natural, se intuye que los usuarios tendrán que esperar mucho antes de recibir el agua caliente del boiler solar colocado en la azotea, con un consiguiente inútil derroche de agua. Además, el coste de la instalación del sistema resulta elevado por el gran número de tuberías (aisladas térmicamente) necesarias para conectar los boiler de cada vivienda. Además, cada panel solar proporciona agua caliente solo a una vivienda: por lo tanto si ésta está vacía o el número de usuarios es inferior al que se ha calculado en la fase de proyecto, su exceso de energía no se utiliza. Para solucionar estos problemas se pueden utilizar otras dos tipologías de instalaciones solares.

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Figura B

En la primera tipología, en la figura B, cada familia tiene en su piso un boiler de 120-150 l., que eroga inmediatamente el agua caliente. Todos los boiler de los diferentes pisos están conectados a sólo dos tubos, uno de ida y uno de vuelta, a su vez conectados a los paneles solares colocados en la azotea. El numero de paneles tiene que ser suficiente para que la superficie de captación no sea inferior a 2 m2 por cada familia (se calcula sobre un modelo de familia formado por cuatro personas). Cada boiler tiene una centralita electrónica que mide continuamente la temperatura del mismo y la de los paneles solares: en cuanto en el boiler haya una diferencia de temperatura preestablecida, la centralita abre su electroválvula y activa un sistema de circulación que transfiere el agua caliente producida por los paneles del parque solar en su boiler.

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El sistema descrito en la figura C está formado por un único boiler para todo el edificio y por un número de paneles solares dimensionados en función del número de usuarios. El boiler se puede colocar tanto en la azotea como en la central térmica. La radiación solar calienta el liquido contenido en los paneles solares, el aumento de temperatura es detectado por la centralita electrónica, que la compara con la que viene del boiler y activa el sistema de circulación y el intercambio térmico que calienta el agua del boiler. Este sistema está dimensionado para proporcionar agua caliente de forma autosuficiente en los meses de primavera, verano y otoño, mientras que en el periodo invernal precalienta el agua que luego utiliza la caldera de gas, que incrementa su temperatura solo del valor residual que falta para alcanzar la temperatura deseada.

Figura C

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Las ventajas de esta tecnología son: •

la presencia de un único anillo para la distribución del agua caliente permite a todos los usuarios, incluso los de los bajos, utilizarla inmediatamente;

•

el boiler de acumulación de gran tamaño tiene una menor superficie de contacto con los agentes atmosféricos y por lo tanto una menor dispersión térmica;

•

menores costes de instalación por la presencia de un único tubo de alimentación del agua fría y uno de distribución del agua caliente;

•

la no simultaneidad de la utilización del agua caliente por parte de los usuarios, alarga el periodo de autosuficiencia;

•

la presencia de uno dos boiler de capacidad adecuada, en vez de un boiler por cada piso, hace más económico el sistema. El uso de contadores especiales por sustracción, colocados en cada piso,

permiten medir y contabilizar la cantidad de agua caliente consumida por cada familia. Los sistemas se completan con una caldera de gas que interviene en los días de lluvia o cuando hay muchas nubes, para asegurar al edificio el agua caliente en cada momento.

CALENTAR LAS CASAS CON EL SOL A. La calefacción de suelo La calefacción solar de las habitaciones representa una gran potencialidad de desarrollo de la energía solar térmica. Actualmente, las

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posibilidades prácticas están limitadas a la calefacción con sistemas de baja temperatura: sistemas de suelo o de pared.

De hecho, en los sistemas de calefacción que utilizan los radiadores de fundición o aluminio, la temperatura del agua que se pide es muy alta y no puede ser proporcionada por paneles solares. Los sistemas de calefacción de suelo o pared, en cambio, para calentar las habitaciones a 20° C, utilizan agua caliente a una temperatura de alrededor de 40° C. Esta temperatura coincide con la que se puede alcanzar con los sistemas térmicos solares, incluso en temporada de invierno.

En las calefacciones de baja temperatura los elementos que irradian el calor, formados por tubos de polipropileno, se colocan debajo del suelo o en la pared, de manera que cubran toda la superficie. Esta tecnología, además de representar un gran ahorro energético, hace la casa menos seca y más salubre.

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Los colectores solares tienen que ir siempre acompañados por un sistema térmico tradicional, por ejemplo una caldera de gas o a gasoil, para asegurar en cada circunstancia el calor necesario.

B. Los paneles solares de aire caliente Los paneles solares de aire caliente se pueden utilizar para integrar el sistema de calefacción doméstica de una forma eficaz. Estos paneles tienen características parecidas a las de los normales paneles solares, excepto por el hecho de que en ellos circula aire, en vez de agua. El aire se hace circular dentro del colector a través de recorridos sinuosos que disminuyen la velocidad de su flujo y le permiten absorber de la mejor manera el calor de la radiación solar, para que luego se canalice a las habitaciones que hay que calentar. Esta tecnología, integrada con un generador térmico tradicional que entra en función cuando la irradiación solar no es suficiente, es apta no solo para calentar las viviendas, sino también para la desecación de productos alimenticios.

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LOS PANELES SOLARES PARA USUARIOS ESTACIONALES A. Calentamiento de las piscinas descubiertas Una piscina descubierta no calentada tiene un ciclo anual de temperatura que varía según el clima y la ubicación geográfica: sin embargo, en la mayor parte de los casos, la actividad de las piscinas descubiertas se limita solamente a los tres meses de verano. Calentando el agua con una instalación solar, se puede alargar la utilización hasta cinco o seis meses. Esta necesidad de calentamiento se manifiesta sobre todo en piscinas que se encuentran en zonas de montaña, donde el enfriamiento nocturno del agua es mayor. Una piscina requiere generalmente que se mantenga la temperatura del agua alrededor de los 25 - 28° C. Para mantener esta temperatura, el agua de la piscina se hace circular por un intercambiador de calor donde entra en contacto térmico con el fluido transportador del calor calentado por el sistema solar. En estas instalaciones se utilizan sistemas de circulación forzada (mejor de vacío) con colectores de superficie selectiva, para reducir la superficie de paneles solares necesaria.

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Instalaciones solares parecidas se pueden instalar también para calentar las piscinas cubiertas. Obviamente, ya que las piscinas cubiertas se utilizan todo el año, es necesario que el sistema solar vaya siempre acompañado por un sistema de calentamiento tradicional. Ya que el agua de una piscina cubierta necesita ser calentada también en los meses de verano, no pudiendo aprovechar el calor directo del sol, la integración del sistema de calentamiento tradicional con un adecuado sistema térmico solar, es seguramente siempre conveniente.

B. Duchas calientes en camping y balnearios El suministro de agua caliente para las duchas en los camping y en los balnearios es un servicio cada vez más solicitado, y que viene formando parte de la oferta de estas instalaciones. En estas situaciones es posible adoptar paneles solares muy especiales, realizados de material plástico (polipropileno). Están formados por tubitos con sección circular, donde circula el agua que es calentada por la acción del sol.

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La instalación solar es bastante simple: está formada por un sistema de circulación forzada y por un depósito de acumulación. El agua fría es enviada por una bomba al interior de los paneles, calentada y acumulada en el depósito, lista para ser utilizada.

1.1.2.6.- Mantenimiento de los paneles solares En las instalaciones solares de circulación forzada es necesario realizar periódicamente tareas de mantenimiento, que deben ser desarrolladas por empresas especializadas. La bomba y la centralita electrónica que regula el flujo del líquido en el circuito primario tienen que estar siempre en perfectas condiciones. El bloqueo de la circulación puede provocar la ebullición del líquido primario con daños, incluso graves, para el panel solar. En caso de avería en la centralita o de bloqueo de la bomba hidráulica, deben cubrirse las superficies de los colectores solares y llamar al técnico. También se aconseja cubrir los paneles en caso de largas ausencias.

Es menos probable que las instalaciones solares de circulación natural sufran averías. Sólo hay que realizar controles periódicos, que pueden ser llevados a cabo directamente por el dueño mismo de la instalación, para comprobar el correcto funcionamiento del sistema. El circuito primario de un sistema solar, aunque esté oculto, está sujeto a filtraciones accidentales (defectos de carga, escapes por exceso de presión,

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aflojamiento de las juntas por el hielo o el sobrecalentamiento, etc.). En este caso es necesario rellenar el líquido con una mezcla anticongelante. Hace falta controlar también que la circulación natural no encuentre obstáculos en el circuito. Si, por ejemplo, el líquido del circuito primario disminuyera por evaporación tras un largo periodo de no utilización del agua caliente (vacaciones de verano), se puede formar una burbuja de aire que obstruye el circuito. En este caso es necesario intervenir, directamente o llamando un técnico, para eliminar el obstáculo. CONSEJOS PRÁCTICOS DE MANTENIMIENTO •

Controlar a menudo el nivel del líquido del circuito primario y, si hubiera filtraciones accidentales, rellenar con una mezcla de anticongelante diluido con agua (la dosis está indicada en los recipientes).

•

En caso de largas temporadas de ausencia, es oportuno cubrir los paneles para protegerlos de los rayos solares.

•

Inspeccionar los paneles solares tras largas temporadas en las que no se han utilizado y controlar su funcionamiento.

•

Cambiar totalmente el líquido anticongelante por lo menos cada 5 años.

•

Una vez al año quitar el polvo de las superficies de los colectores solares.

•

Evitar que se forme vapor condensado dentro de los paneles con cubierta, practicando eventualmente pequeños agujeros en la parte superior e inferior del panel.

•

Verificar cada 3 años el ánodo de magnesio del

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depósito. •

En caso de rotura accidental de la cubierta del panel, en tanto se produce la sustitución, es preciso proteger en seguida el panel con una manta transparente, ya que la lluvia provoca un rápido y grave daño al panel.

•

Las instalaciones solares de circulación forzada tienen que ser controladas por lo menos una vez al año por un técnico especializado, para que realice las operaciones de mantenimiento necesarias.

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1.1.3.-Energía solar fotovoltaica

A. La célula fotovoltaica: cómo funciona La palabra fotovoltaico procede de photo = luz y voltaico = electricidad y significa electricidad producida a través de la luz. El efecto fotovoltaico se basa sobre la capacidad de algunos semiconductores, como el silicio, de generar directamente energía eléctrica cuando se exponen a la radiación solar. La conversión de la radiación solar en energía eléctrica tiene lugar en la célula fotovoltaica, que es el elemento base del proceso de transformación de la radiación solar en energía eléctrica. La luz está formada por partículas, los fotones, que trasportan energía. Cuando un fotón con suficiente energía golpea la célula, es absorbido por los materiales semiconductores y libera un electrón. El electrón, una vez libre, deja detrás de sí una carga positiva llamada hueco. Por lo tanto, cuanto mayor será la cantidad de fotones que golpean la célula, tanto más numerosas serán las parejas electrón-hueco producidas por efecto fotovoltaico y por lo tanto más elevada la cantidad de corriente producida.

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B. Cómo está hecha la célula fotovoltaica La célula fotovoltaica es un dispositivo formado por una delgada lámina de un material semi-conductor, muy a menudo de silicio. Se trata del mismo silicio utilizado en la industria electrónica, cuyo coste es todavía más alto. Actualmente el material más utilizado es el silicio mono-cristalino, que presenta prestaciones y duración en el tiempo superiores a cualquier otro tipo de silicio: •

Silicio Mono-cristalino: Rendimiento energético hasta 15 – 17 %.

•

Silicio Poli-cristalino: Rendimiento energético hasta 12 – 14 %.

•

Silicio Amorfo: Rendimiento energético menos del 10 %. La célula fotovoltaica está hecha por una placa de silicio, normalmente

de forma cuadrada, con aproximadamente 10 cm de lado y con un grosor que varía entre los 0,25 y los 0,35mm, con una superficie de más o menos 100 cm2.

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C. El módulo fotovoltaico Las células solares constituyen un producto intermedio: proporcionan valores de tensión y corriente limitados en comparación a los requeridos normalmente por los aparatos usuarios, son extremadamente frágiles, eléctricamente no aisladas y sin un soporte mecánico. Se ensamblan de la manera adecuada para formar una única estructura: el módulo fotovoltaico, que es una estructura sólida y manejable. Los módulos pueden tener diferentes tamaños: los más utilizados están formados por 36 células conectadas eléctricamente en serie, con una superficie que oscila entre los 0,5 m2 a los 1,3 m2. Las células están ensambladas entre un estrato superior de cristal y un estrato inferior de material plástico (Tedlar). El producto preparado de esta manera se coloca en un horno de alta temperatura, con vacío de alto grado. El resultado es un bloque único laminado en el que las células están “ahogadas” en el material plástico fundido. Luego se añaden los marcos, normalmente de aluminio; de esta manera se confiere una resistencia mecánica adecuada y se garantizan muchos años de funcionamiento. En la parte trasera del módulo se añade una caja de unión en la que se ponen los diodos de by-pass y los contactos eléctricos.

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D. El generador fotovoltaico Más módulos fotovoltaicos ensamblados mecánicamente entre ellos forman el panel, mientras que un conjunto de módulos o paneles conectados eléctricamente en serie, forman la rama. Más ramas conectadas en paralelo, para obtener la potencia deseada, constituyen el generador fotovoltaico. Así el sistema eléctrico puede proporcionar las características de tensión y de potencia necesarias para las diferentes aplicaciones.

Los módulos fotovoltaicos que forman el generador, están montados sobre una estructura mecánica capaz de sujetarlos y orientada para optimizar la radiación solar. La cantidad de energía producida por un generador fotovoltaico varía en función de la insolación y de la latitud del lugar. La producción de energía eléctrica fotovoltaica, al depender de la luz del sol, no es constante, sino que está condicionada por la alternancia del día y de la noche, por los ciclos de las estaciones y por la variación de las condiciones meteorológicas. Además, el generador fotovoltaico proporciona corriente eléctrica continua. A menudo estas características no se adaptan a las necesidades de los usuarios que, normalmente, necesitan corriente eléctrica alterna, con valores constantes de tensión. Por lo tanto, el envío de la energía del sistema fotovoltaico al usuario se realiza a través de otros dispositivos necesarios para transformar y adaptar la corriente continua producida por los módulos a las exigencias de utilización: el

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más significativo es un dispositivo estático (Inverter), que transforma la corriente continua en corriente alterna.

Algunos tipos de inversores

E. Cuánta energía produce un sistema fotovoltaico La cantidad de energía eléctrica producida da un sistema fotovoltaico depende básicamente de la eficiencia de los módulos y de la irradiación solar, o de la radiación solar incidente. La radiación solar incidente en la tierra tiene un valor variable en función de la distancia entre la Tierra y el Sol, o de la latitud de la localidad donde están instalados los módulos fotovoltaicos. También es importante la inclinación de los módulos: una correcta inclinación influye mucho en la cantidad de energía solar captada y por lo tanto en la cantidad de energía eléctrica producida. La presencia de la atmósfera, finalmente, implica una serie de fenómenos sobre la radiación incidente, entre los cuales el efecto de filtro que reduce considerablemente la intensidad de la radiación en el suelo y la fragmentación de la luz.

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Se calcula aproximadamente que un metro cuadrado de módulos fotovoltaicos de buena calidad, puede producir de media 180 KWh al año (0,35 KWh al día en periodo invernal, y 0,65 KWh. al día en periodo estiva. :

1.1.3.1.-Los sistemas fotovoltaicos Se define el sistema fotovoltaico como un conjunto de componentes mecánicos, eléctricos y electrónicos que concurren a captar y transformar la energía solar disponible, transformándola en utilizable como energía eléctrica. Estos sistemas, independientemente de su utilización y del tamaño de potencia, se pueden dividir en dos categorías: •

sistemas conectados a la red (grid connected )

•

sistemas aislados (stand alone )

A. Sistemas conectados a la red (grid connected) Los sistemas conectados a la red están permanentemente conectados a la red eléctrica nacional. En las horas de irradiación solar escasa o nula, cuando el generador fotovoltaico no produce energía suficiente para cubrir la demanda de electricidad, es la red que proporciona la energía necesaria. Viceversa, si durante las

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horas de irradiación solar el sistema fotovoltaico produce más energía eléctrica de la que se gasta, el exceso se transfiere a la red.

Por decisión administrativa se permite a los operadores que gestionan sistemas fotovoltaicos conectarse a la red eléctrica nacional. Gracias a las mediciones realizadas por un contador y a los precios establecidos por la Autoridad misma, se puede vender a la red eléctrica la energía producida en exceso y coger energía de la red cuando la cantidad de energía auto producida es insuficiente. B. Sistemas aislados (stand alone) Los sistemas aislados se utilizan normalmente para proporcionar electricidad a los usuarios con consumos de energía muy bajos para los cuales no compensa pagar el coste de la conexión a la red, y para los que sería muy difícil conectarlos debido a su posición poco accesibles: ya a partir de distancia de más de 3 Km de la red eléctrica, podría resultar conveniente instalar un sistema fotovoltaico para alimentar una vivienda.

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En los sistemas fotovoltaicos aislados es necesario almacenar la energía eléctrica para garantizar la continuidad de la erogación incluso en los momentos en los que no es producida por el generador fotovoltaico. La energía se acumula en una serie de acumuladores recargables (baterías), dimensionados de la manera que garanticen una suficiente autonomía para los periodos en los que el sistema fotovoltaico no produce electricidad. La tecnología actual permite usar baterías de plomo ácido de larga duración (más de 6 años), con exigencias de mantenimiento casi nulas. En los sistemas aislados hace falta instalar también un regulador de carga, que fundamentalmente sirve para preservar las baterías de un exceso de carga del generador fotovoltaico y de un exceso de descarga debido a la utilización. Ambas condiciones son nocivas para la correcta funcionalidad y la duración de los acumuladores. En los sistemas aislados es necesario que el generador fotovoltaico esté dimensionado de la manera que permita, durante las horas de irradiación solar, tanto la alimentación de la cantidad de energía necesaria, como la recarga de las baterías de acumulación.

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Regulador de carga

1.1.3.2.-Costes y perspectivas Un sistema fotovoltaico requiere un fuerte desembolso de capital inicial, pero luego los gastos de gestión y de mantenimiento son muy reducidos. El análisis de todos los aspectos económicos relativos a un sistema fotovoltaico es muy complejo. En especial, cada aplicación tiene que ser evaluada en su especifico contexto, teniendo en cuenta sobre todo la energía eléctrica producida, la duración del sistema (se calcula alrededor de 25 años), las dificultades de conexión a la red eléctrica, los incentivos disponibles, etc. Indicaciones generales de los costes de un sistema fotovoltaico (por kWp instalado) •

Sistemas integrados en los edificios (o conectados a la red) » € 8.000 / kWp (IVA excluido)

•

Sistemas para usuarios aislados » € 10.000 /kWp (IVA excluido)

En algunos casos la inversión inicial se amortiza al principio, ya que el coste de la conexión a la red eléctrica sería superior al de la

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instalación de un sistema solar fotovoltaico. Pero en la mayoría de los casos un sistema fotovoltaico tiene un coste por Kwh. producido mucho mayor del coste del Kwh. comprado de la red eléctrica. Por lo tanto lo que puede hacer compensar la instalación de un sistema fotovoltaico son los incentivos públicos. Para poder obtener un coste por Kwh. producido de un sistema fotovoltaico, comparado con el coste del Kwh. comprado de la red, es necesario intervenir con contribuciones financieras superiores al 70–80 % de la inversión. En cualquier caso, el desarrollo del fotovoltaico va unido a una drástica reducción de los costes actuales.

EL MANTENIMIENTO •

El fotovoltaico es un sistema estático, esto es, sin partes mecánicas en movimiento.

•

El generador fotovoltaico generalmente no requiere mantenimiento, excepto una limpieza periódica con un paño mojado de la superficie anterior de los módulos. Esta limpieza sirve para devolver la transparencia originaria al cristal que puede haberse reducido por culpa de unas capas de polvo.

•

El regulador de carga no requiere ningún mantenimiento.

•

Si la batería de acumulación es del tipo de Pb-ácido no sellada, debe controlarse el nivel del líquido una vez al año. Hace falta también mantener una buena limpieza de los contactos entre los bornes y los terminales de los

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cables de conexión, aplicando periódicamente una capa de vaselina. Hay que instalar la batería en lugares suficientemente sombreados y ventilados. •

Debe controlarse periódicamente que los cables de conexión entre el generador fotovoltaico, la batería y el regulador estén en perfecto estado, así como que posibles causas accidentales no provoquen incisiones en el aislante externo.

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1.1.4.-Descripción del modelo desarrollado 1.1.4.1.-Objetivos y especificación LAS APLICACIONES DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA DE BAJA TEMPERATURA

Tal y como se ha dicho en la introducción, las instalaciones solares térmicas de baja temperatura son las que tienen una aplicación más extendida en el ámbito doméstico e industrial. Esto es debido a que la tecnología es mucho más simple (y por lo tanto más barata) que las instalaciones de media y alta temperatura, que todavía están en desarrollo y un poco lejos de introducirse en el circuito comercial.

En la tabla siguiente se muestran algunas aplicaciones de la energía solar de baja temperatura que pueden cubrir necesidades en distintos sectores:

- Producción de ACS:

El aprovechamiento de la energía solar térmica a baja temperatura para generar agua caliente sanitaria (ACS), es la aplicación más usada y rentable de las soluciones que nos aporta la energía solar. La sencillez y la fiabilidad de estos sistemas es lo que da a este tipo de instalaciones las características mencionadas, proporcionándonos una cobertura de nuestras necesidades superior al 60%. Y esto se

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traduce en un ahorro considerable de combustible, y por lo tanto reducción de nuestros gastos.

En función de las dimensiones del sistema de captación de la energía solar y el volumen de acumulación, podemos cubrir las necesidades de agua caliente sanitaria de una vivienda de 2 personas, hasta las de un bloque de pisos o un hotel.

- Calefacción:

Aunque para mucha gente le pueda parecer una contradicción, el hecho de usar la energía solar para alimentar la calefacción de una vivienda durante el invierno (la estación en que menos horas de sol tenemos), con un buen diseño podemos cubrir entre un 30 y un 50% de las necesidades de calefacción de una vivienda.

No obstante hay que tener en cuenta algunas cuestiones si se quiere conseguir un buen rendimiento de la instalación solar. Debido a que el rendimiento óptimo de los colectores solares térmicos (ver partes del sistema) se consigue trabajando en régimen de bajas temperaturas, es necesario que el sistema de calefacción de la vivienda trabaje también a un régimen de temperaturas bajo. Y los sistemas de calefacción que mejor se complementan con la energía solar son el suelo radiante, calefacción por zócalo y los fancoils.

Hace falta remarcar que en esta aplicación es necesario un sistema convencional de calentamiento de agua para cubrir el 100% de las necesidades de calefacción de la vivienda.

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- Calentamiento de piscinas:

Otra aplicación posible consiste en aprovechar la radiación solar para calentar el agua de piscinas. Los colectores que pueden ser utilizados para conseguir este objetivo son además los colectores de polipropileno (ver partes del sistema). Esta aplicación nos permite alargar la temporada de baño durante unos meses sin gasto alguno en combustible.

- Precalentamiento de fluidos:

En todo proceso industrial en que sea necesario el uso de un fluido a cierta temperatura, la energía solar puede ofrecernos un ahorro energético considerable. Según el rango de temperaturas del proceso, la instalación solar nos permitirá calentar o precalentar el fluido de trabajo (ya sea agua, solución acuosa, aceite, lodos…), haciendo que el equipo encargado de elevar hasta temperatura de trabajo tenga que aportar menos energía para alcanzarla.

Estas son cuatro posibles aplicaciones distintas de la energía solar térmica de baja temperatura. Sin embargo pueden combinarse entre ellas, consiguiendo un mayor aprovechamiento de la energía que nos proporciona el sol.

En nuestro caso, haremos uso de la primera y tercera de las aplicaciones anteriormente expuestas, es decir, el proyecto consiste en aprovechar la energía solar térmica para cubrir la demanda de agua caliente sanitaria de nuestro polideportivo.

De este modo conseguiremos un ahorro importante en la factura correspondiente a la energía térmica. En ningún caso se conseguirá un ahorro total (prescindir de la contratación de energía térmica a través de gas natural), ya que para ello necesitaríamos tener una potencia térmica instalada mucho mayor de la demanda que se quiere cubrir, lo que supondría una inversión

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desproporcionada, una amortización a muy largo plazo, y un desperdicio enorme de energía.

En líneas generales, los objetivos que se pretenden alcanzar son los siguientes:

•

Descubrir las ventajas que tiene aprovechar una energía tan limpia, gratuita e inagotable como es la solar.

•

Ver los distintos modos que existen de usar esta energía y a que fines pueden estar destinados.

•

Obtener el máximo ahorro económico en la factura del consumo térmico del polideportivo, intentando cubrir la mayor parte de la demanda de agua caliente sanitaria mediante la energía solar térmica.

•

Adquirir conocimientos sobre las ordenanzas y reglamentos que hay que tener en cuenta para desarrollar los puntos anteriores (RITE, RD 436/04, ordenanzas municipales de la comunidad de Madrid,…).

•

Adquirir igualmente conocimiento de las distintas subvenciones y ayudas que organismos como el IDAE o la Comunidad de Madrid pueden conceder para este tipo de instalaciones solares.

Información sobre el polideportivo en el que se realiza la instalación

El uso del polideportivo se cifra en 5000 personas al día, entre escuelas deportivas y curso, colegios, uso individual, entrenamiento de clubes, etc… ACTIVIDADES:

Atletismo. Baloncesto. Balonmano. Frontón. Fútbol. Hockey sobre patines. Natación, Rugby, Tenis. Petanca. Bolos. Esgrima. Gimnasia. Kárate. Taekwondo. Badminton. Frontenis. Tenis de Mesa. Squash. Voleibol. Billar. Patinaje Artístico. Padel. Musculación. Ludoteca. Juegos infantiles. Fútbol Sala. Judo.

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INSTALACIONES: -Pabellón A

-Gimnasio de fitness y musculación

-Piscina Climatizada

-Pabellón B

-Jacuzzi

-Piscina cubierta con cubierta móvil

-Sala termal

-Piscina de verano -Otras Instalaciones

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1.1.4.2.-Funcionamiento básico y partes del sistema El funcionamiento básico de nuestra instalación térmica se puede resumir en tres conceptos: captación de la energía solar, circulación y distribución del fluido caloportador y acumulación.

Estos tres conceptos están representados por los elementos más significativos de una instalación solar térmica, que son:

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1.-Captadores o colectores solares:

Son los elementos de la instalación que tienen como función absorber la radiación solar y trasformarla en calor. Esta energía será transmitida (mediante el fluido de trabajo) al agua que va a ser calentada, ya sea para ACS, calefacción, climatización de piscinas, calentamiento de fluidos industriales, etc… Fundamentalmente hay tres tipos de colectores solares:

- Colectores planos: Son los mas comunes, vienen formados por una superficie absorbedora (junto a la que circula el fluido) dentro de una carcasa rectangular y tapada por una cubierta de vidrio. La superficie absorbedora suele estar tratada para absorber la mayor cantidad de energía, a su vez, la carcasa está aislada para tener las menores pérdidas posibles de calor.

- Colectores de vacío: Formados por unos tubos dentro de los cuales esta la superficie absorbente y en la que se ha realizado el vacío, de esta manera las pérdidas de calor se reducen al mínimo. Son ideales para zonas donde se alcanzan temperaturas ambientales bajas durante periodos considerables y cuando queremos integrar la instalación arquitectónicamente, ya que no es necesario que los coloquemos inclinados a un ángulo determinado, pudiendo colocarlos como cerramientos horizontales, verticales o inclinados.

- Colectores de polipropileno: Son colectores mas baratos pero mucho menos eficientes absorbiendo energía. Se suelen usar para climatizar piscinas descubiertas y ampliar su periodo de uso, aunque en épocas de heladas deben estar inactivos.

En nuestro caso, usaremos colectores planos y haremos el estudio del ahorro conseguido para dos alternativas distintas, es decir, dos modelos concretos de paneles solares: el primero, el Cr12 de la marca Chromagen (más barato pero con peor rendimiento), y el segundo, el Vitosol 100 de la marca Viessman (más caro pero con un rendimiento superior).

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2.-Circulación y distribución del fluido calo-portador:

El fluido de trabajo es una mezcla de aguay anticongelante, permitiendo su uso durante todo el año, que es el que transporta el calor que le ha cedido los captadores solares, hacia el depósito de acumulación. La circulación de la mezcla puede ser natural o forzada, según si la instalación solar es del tipo termosifónico o con circulación con bomba. Es necesario que los conductos estén bien aislados, para evitar cualquier tipo de perdidas de calor en el circuito. Ya que es necesario optimizar las perdidas a mínimo posible. Se incluye aquí la regulación y control de la instalación mediante sensores de temperatura.

3.-Depósito acumulador:

Éste es el elemento que almacena el agua calentada por los colectores, hasta que tiene que ser consumida. Por esto también es imprescindible que tenga un buen aislamiento para evitar pérdidas de calor no deseadas, y así tener disposición de agua caliente solar durante la noche, o en días en que las condiciones climáticas no son las óptimas. Hay distintos tipos de acumuladores, según la aplicación que se desee satisfacer (ACS, calefacción…).

Para terminar con las partes que componen una instalación, cabe mencionar el sistema de apoyo (que no es mas que un sistema convencional de aporte de energía) y el sistema de control. Y es que no hay que olvidar que el objeto de una instalación solar térmica no es mas que el ahorro de energía, lo cual no significa que no debamos instalar un sistema convencional, es mas, debemos dimensionarlo para ser capaz de aportar el 100% de las necesidades, por si en determinadas condiciones el sistema solar apenas aporta energía o tenemos un periodo de mantenimiento.

Apoyo energético: Para prevenir las posibles faltas derivadas de la ausencia de

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insolación, casi la totalidad de los sistemas de energía solar térmica cuentan con un sistema de apoyo basado en energías "convencionales" (eléctricos, calderas de gas ó gasoleo).

Sistema de Control: Normalmente toma medidas de temperatura del agua en el colector y en el deposito de acumulación, decidiendo si debe activar o no la bomba de circulación del circuito primario.

Tuberías y conducciones Vasos de expansión Bombas Purgadores Válvulas

1.1.4.3.-Inversión, costes y subvenciones Para que nos podamos hacer una idea del costo económico de este tipo de instalaciones pasaremos a exponer un par de ejemplos donde se ve claramente la inversión a realizar así como sus costes / ahorros y periodo de amortización.

Las subvenciones que reciben estos sistemas solares térmicos, independientemente de la aplicación, se resumen de la siguiente manera:

Actualmente, el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) tiene abierta una línea de financiación y ayudas para proyectos de energías renovables y eficiencia energética que permite a los usuarios beneficiarse de subvenciones a fondo perdido y créditos bancarios a interés bonificado, ambas compatibles.

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Para el caso de la energía solar térmica, en el presente año (2005), el IDAE en colaboración con el ICO (Instituto de Crédito Oficial) está proporcionando una subvención a fondo perdido del 30% del presupuesto (con un máximo de 710,5 €/m2 en sistemas diseñados de mas de 20 m2 y 812 €/m2 en sistemas compactos y sistemas diseñados hasta 20 m2) y pudiendo solicitar un crédito bancario preferencial (al Euribor +1) de hasta el 80% del coste elegible del proyecto.

A estas subvenciones se suman a las ayudas locales y autonómicas que se puedan obtener en función de la localización de la instalación.

En el caso que nos ocupa, por ahora sólo tendremos en cuenta la subvención del IDAE a fondo perdido (30%), y las ayudas locales y autonómicas en Madrid, que son de 175 €/m2 de superficie de captación. Más adelante, en la parte correspondiente al estudio económico, consideraremos la opción de solicitar el crédito bancario preferencial.

A continuación pasamos a exponer dos ejemplos de instalaciones solares térmicas situadas en la zona de la Comunidad Valenciana con sus datos económicos.

Ejemplo 1:

. Datos de partida: Vivienda unifamiliar de 4 personas. Consumo aprox. de 160 l/día. . Demanda de ACS. . Datos de instalación: Equipo compacto termosifónico con depósito de acumulación de 150L y superficie de colector de unos 2 m2 . Equipo de apoyo auxiliar eléctrico. . Vida útil de la instalación: + 20 años . Datos económicos: - Coste de instalación: 2080 €

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- Subvenciones: IDAE + autonómicas ˜ 1000 € - Coste a cliente: ˜ 1080 € - Ahorro energético solar anual: ~ 150 € - Costo mantenimiento anual: ~ 50 € - Beneficio anual: ~ 100 € - Amortización: ˜ 11 años

Ejemplo 2:

. Datos de partida: Hotel con 100 habitaciones dobles. Ocupación media del 60% Consumo aprox. de 5000 l/día. . Demanda de ACS. . Datos de instalación: Instalación con 25 colectores de 2,5 m2 . Depósito de acumulación de 5000 l. Equipo de apoyo auxiliar: caldera de gasoil. . Vida útil de la instalación: + 20 años . Datos económicos: - Coste de instalación: ~ 40000 € - Subvenciones: IDAE + autonómicas ˜ 20000 € - Coste a cliente: ˜ 20000 € - Ahorro energético solar anual: ˜ 3000 € - Costo mantenimiento anual: ~ 300 € - Beneficio anual: ˜ 2700 € - Amortización: ˜ 7,4 años

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1.1.5.-Análisis de resultados Para realizar los cálculos partimos de la superficie disponible en el polideportivo para instalar nuestros paneles solares, que es de 200 m2. A partir de ahí, veremos que potencia térmica podemos conseguir para esa superficie con cada uno de los paneles a considerar, y por tanto, el ahorro energético y económico anual, así como el plazo de amortización de la instalación. Para ello usamos unas tablas de Intensidad útil en un día medio de cada mes, en función de la localización (Madrid), unos factores de corrección para superficies inclinadas (30º), los rendimientos de los paneles, etc..., todo ello en función del mes del año, así como la tarifa de gas natural contratada.

De este modo, obtenemos los resultados siguientes:

Coste Total de la Instalación (sin subvención) (€) Subvención del IDAE(30%) Subvención de la Com Madrid (200 €/m2) Coste Total de la Instalación (con subvención) (€) Ahorro anual (sin contar el coste mantenim) (€) Coste de mantenimiento anual €) Ahorro anual (contando el mantenimiento anual) (€) Plazo de amortización (años)

Paneles CR 108.708,00 32.612,40 40.000,00 36.095,60 4.587,12 1.000,00 3.587,12 10,06

Paneles Vitosol 131.570,00 39.471,00 40.000,00 52.099,00 6.376,49 1.000,00 5.376,49 9,69

Observando los resultados para ambos modelos de paneles, nos damos cuenta en primer lugar de varias cosas:

-Con ambos obtenemos un ahorro energético y económico anual importante ( de miles de euros).

-El coste total de ambas instalaciones es demasiado elevado.

- 94 -

-Las diferentes subvenciones, reducen considerablemente dicho coste.

-Los diferentes plazos de amortización (en torno a 10 años), son interesantes, y están dentro de los valores típicos para instalaciones de este tipo.

-El ahorro energético en ningún caso es tan grande como para poder sustituir por completo la contratación de gas natural, ni siquiera como para cambiar de tarifa.

Esto último es debido a que la superficie ocupada por los paneles no es tan grande como la que se necesitaría para cubrir toda la demanda de agua caliente sanitaria por medio de la energía solar térmica. Los tejados a cuatro aguas de la mayor parte de las construcciones del polideportivo son los que limitan la superficie disponible para una correcta ubicación de los paneles. Por tanto nuestra instalación significaría únicamente un ahorro energético, y nunca una sustitución del gas natural como fuente de energía principal que cubre la demanda de agua caliente sanitaria.

En cuanto a qué panel elegir para llevar a cabo la instalación, hay que tener en cuenta varias cosas:

Por una parte, los paneles CR12, tienen un coste unitario menor, y por tanto se consigue con ellos un coste total menor de la instalación, siendo además el ahorro anual que se obtiene con ellos del mismo orden que con los Vitosol 100, auque algo menor.

Por otra parte, a pesar de ser más caros los paneles Vitosol 100, y obtener por tanto un coste de instalación mayor, su mayor rendimiento, y su menor superficie bruta, (con la que se consigue tener un área neta de captación total mayor), hacen que el ahorro económico anual, sea algo mayor que con los otros paneles; no demasiado, pero tanto como para obtener un plazo de amortización de la instalación varios meses menor.

- 95 -

Esto hace que se conviertan en la mejor opción a la hora de elegir un modelo de panel para nuestra instalación, sobre todo si lo que buscamos son beneficios a largo plazo, ya que el ahorro total que conseguiremos con dichos paneles a lo largo de los años, una vez amortizada la instalación, será bastante mayor que con los otros paneles.

Hay que señalar por otra parte, que si fuera otra la superficie disponible, los cálculos variarían, pudiendo ser mejor la elección de un panel u otro. Es decir, habría que calcular de nuevo el número de paneles necesarios de cada modelo, coste, ahorro, amortización, etc…y ver si aún siendo mejor el rendimiento de los paneles Vitosol 100, en nuestro caso los elegidos, no supondrían un plazo de amortización mayor que con los paneles CR12. Con esto queremos decir que la combinación de algunos factores que dependen de la superficie disponible para ubicar paneles, son los que en cualquier otro caso determinarían la mejor opción a elegir.

En cuanto al tema de las subvenciones, nos damos cuenta viendo los resultados, de que sin ellas, el plazo de amortización de las instalaciones, sería de casi el doble, con lo que nuestra instalación no empezaría a producir beneficios reales, o mejor dicho, a suponer un ahorro real, hasta dentro de al menos 20 años, lo cual no sería de mucho interés. Es por eso que estas subvenciones existen. Si se quieren potenciar las energías renovables para empezar a prescindir, aunque sea un poco, de las no renovables, tienen que darse ayudas de este tipo. En caso contrario, no sería económicamente ni rentable ni viable optar por instalar energía solar térmica, ya que sería un gasto al que muy pocos podrían hacer frente.

- 96 -

1.1.6.-Conclusiones

La energía solar es la fuente de energía más abundante de la Tierra: renovable, disponible, gratuita y en cantidad muy superior a las necesidades energéticas de la población mundial. Sin embargo, su aprovechamiento presenta problemas técnicos y económicos que hacen difícil utilizarla en la práctica. Hoy en día utilizamos solo una pequeña parte de la enorme cantidad de energía que nos llega del sol, por lo que el camino a recorrer es todavía largo para poder aprovechar la energía solar a gran escala. La energía solar no puede sustituir la energía producida con los combustibles fósiles pero, como demuestra la experiencia, puede completar eficazmente la necesidad energética.

El calor recogido en los colectores puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades. Por ejemplo, se puede obtener agua caliente para consumo doméstico o industrial, o bien para dar calefacción a nuestros hogares, hoteles, colegios, fábricas, etc. Incluso podemos climatizar las piscinas y permitir el baño durante gran parte del año.

La justificación racional de una instalación solar procede de consideraciones

económicas

y

ecológicas.

La

menor

contaminación

del

medioambiente y el ahorro energético que se obtiene utilizando la energía solar representan ventajas para todos, pero esta valoración queda a la sensibilidad individual de cada uno. Cada instalación de paneles solares presenta problemas específicos, todos solucionables, pero hay que enfrentarse a ellos pidiendo distintos presupuestos a empresas e instaladores cualificados.

- 97 -

ANTES DE COMPRAR UN SISTEMA SOLAR • • •

Consultar una empresa solvente. Pedir una declaración por escrito sobre cuanta agua caliente puede producir el panel. Pedir siempre que el presupuesto incluya los costes de instalación.

MISIÓN DE LAS ADMISTRACIÓNES

Las administraciones públicas tienen el deber de evaluar cuales son las tendencias sociopolitico-económicas que rodean a su legislatura para poder actuar en consecuencia y poder proveer a sus ciudadanos de los mejores servicios.

Social:

Desde finales del s.XX el respeto por el medio ambiente está cobrando especial importancia; los grupos autocalificados como los “verdes” están movilizando a una masa de gente cada vez más significativa la cual no es posible despreciar hoy en día, e incluso algunos países como Alemania están gobernados por partidos cuyo principal objetivo es el respeto por el medio ambiente.

Política:

Según se firmó en el pacto de Kyoto, los países tienen unas cuotas de emisión máximas que van a ser difíciles de mantener. Las consecuencias que puede causar el incumplimiento del pacto de Kyoto pueden llegar a ser devastadoras. Como todos sabemos, cada país tiene unos límites de emisión de CO2, que si incumplen repercutirá en cuantiosas multas para el país infractor, por ello las industrias generadoras de CO2 tienen asignadas unas cuotas máximas de emisión.

- 98 -

Económicas:

Cualquier tendencia económica como por ejemplo, los tipos de interés que fija el BCE, el PIB, etc.., afectan a tanto a las empresas como a la administración pública, y repercute tanto en la demanda de productos industriales como en el precio para el cliente final. Ejemplo de ello es lo que se está viviendo ahora con la subida del precio de los barriles de petróleo.

En definitiva las administraciones tienen el deber de buscar soluciones que creen un beneficio social hacia sus ciudadanos y obviamente un beneficio económico y medio ambiental, que pueda repercutirse nuevamente en este beneficio social, como por ejemplo construcciones que den nuevos servicios, alumbrado, reducción de la tasa impositiva, etc… A tal efecto, los ayuntamientos pueden tomar la iniciativa en proyectos como: ordenanzas Municipales que obliguen a implantar energía solar térmica en edificios, para que cubran en un 60% las necesidades de Agua Caliente Sanitaria (ACS).

- 99 -

1.1.7.-Bibliografía

[FRAN85]

Adolfo de Francisco y Manuel Castillo, “Energía Solar Diseño y Dimensiones de Instalaciones”, publicaciones del Monte de Piedad y Caja de Ahorros de Córdoba, 1985

[DELE91]

J.B. Deleage y C. Souchon, “La Energía: Tema Interdisciplinar para la Educación Ambiental”, Ministerio de Obras Públicas y Transportes, 1991

[VVAA89]

VV:AA,“Tecnología Geotérmica

y

de

las

Energías:

Combustibles

Solar,

Hidraulica,

Químicos)”,publicaciones

Marcombo, S. A ,1989.

[CENS92]

CENSOLAR,“Instalaciones

de

Energía

Solar.

Tomo

2:

Energética Solar”, Promotora general de Estudios S.A., (PROGENSA), 1992.

[CENS92]

CENSOLAR,“Instalaciones

de

Energía

Solar.

Tomo

3:

Sistemas de aprovechamiento térmico I y II”, Promotora general de Estudios S.A., (PROGENSA), 1992.

Direcciones de Internet: www.cne.es www.censolar.es www.idae.es www.madrid.org/ceconomia/dir_gen/estruct/industria/industria.htm

- 100 -

1.2.-CÁLCULOS ÍNDICE

Capítulo

Página

1.2.1.- Elementos necesarios para realizar los cálculos……………............101 1.2.2.- Cálculos previos….…………….......................................................102 1.2.3.-Cálculo del coste de la instalación…….……………………...……..104

1.2.4.-Procedimiento a seguir con cada tipo de panel……………..……….105 1.2.5.- Tablas de resultados…………………………………………….…..107

- 101 -

Para llevar a cabo nuestro objetivo, en un principio necesitaríamos hacer un estudio de las facturas de períodos anteriores del consumo térmico de gas natural anual (en kw/h), y a partir de éste, determinar la potencia térmica a instalar y la superficie (en m2) de los paneles solares necesarios. Esta superficie, sería variable también en función del espacio físico disponible para su instalación, lo que podría desembocar en una disminución de la misma y una nueva previsión para la factura del consumo térmico.

En nuestro caso, como la potencia térmica a instalar requeriría una superficie mucho mayor de la disponible, no vamos a tomar como dato de partida las facturas de períodos anteriores del consumo térmico de gas natural, sino que partiremos de la superficie disponible en el polideportivo para instalar nuestros paneles solares, que es de 200 m2. A partir de ahí, veremos que potencia térmica podemos conseguir para esa superficie con cada uno de los paneles a considerar, y por tanto, el ahorro energético y económico anual, así como el plazo de amortización de la instalación.

1.2.1-Elementos necesarios para realizar los cálculos -Tabla de intensidad media útil (en W/m2), sobre horizontal en un día medio de cada mes. Esta tabla está en función de los meses del año y las ciudades de España.

-Tablas de k, que es el factor de corrección para superficies inclinadas. Estas tablas están en función de los meses del año y de la inclinación de la superficie de captación, y existen para distintas latitudes.

-Tabla de temperatura ambiente media durante las horas de sol (ºC). Esta tabla está en función de los meses del año y las ciudades de España.

- 102 -

-Tabla de número de horas de sol en un día medio de cada mes. Esta tabla está en función de los meses del año y las ciudades de España.

-Fórmula del rendimiento de cada panel:

rend = coef opt - coef perd x T*

donde T* es (Te - Ta)/I, donde Te es la Tª a la que entra el agua al colector, Ta es la Tª ambiente e I es la radiación solar.

-Tarifa de gas natural contratada por el polideportivo.

-Ayudas y subvenciones procedentes del IDAE y de la Comunidad de Madrid.

1.2.2.-Cálculos previos -Factor de corrección para superficies inclinadas K

Ya sabemos que las tablas que nos dan su valor están en función de los meses del año y de la inclinación de la superficie de captación, y existen para distintas latitudes. La inclinación de los paneles para que el aprovechamiento térmico sea óptimo suele ser de 30º orientados hacia el sur. Por otra parte, la latitud para la cuidad de Madrid es de 40,4º, y tenemos tablas de k para latitud, 40º y 41º, luego interpolando, podemos sacar una nueva tabla con valores de k, para la latitud de Madrid, y para inclinación de 30º. Para comprobar que esto es correcto, se puede ver que el valor medio de k para esa latitud, es mayor para 30º que para cualquier otra inclinación.

- 103 -

-Rendimiento de los paneles solares

Los rendimientos de nuestros paneles responden a la fórmula:

rend = coef opt - coef perd x T*

siendo: T* = (Te - Ta)/I

donde:

Te = Tª media del fluido caloportador. Ta = Tª ambiente del aire. I = radiación solar según el ensayo Iso = 800 W/m2

La Ta, la obtenemos de tablas que están en función de la ciudad y del mes del año, y para Te, hemos considerado tres temperaturas medias en función de la época del año: 30, 50, y 70. Esta consideración se basa en la hipótesis de que la máxima temperatura que conseguimos en el fluido que sale del colector (en verano) es de 80º, la mínima (invierno) es de 40º, y que el salto térmico aproximado entre la temperatura de salida y de entrada al colector del fluido caloportador es de 20º.

Así, para cada panel tenemos:

Panel Cr12 de Chromagen:

Panel Vitosol 100 de Viessman :

Rend=0,71-4,2*T*

Rend=0,84-3,36*T*

Que estará en función de cada mes del año.

- 104 -

1.2.3.-Cálculo del coste de la instalación Para calcular el coste correspondiente a los paneles, antes hemos de conocer el número de paneles a colocar. Teniendo en cuenta que queremos cubrir una superficie total de 200m2, y que la superficie en horizontal ocupada por cada panel será su superficie bruta (distinta para cada modelo de panel), multiplicada por el cos 30º (ángulo de inclinación), dividimos la superficie total entre dicha superficie en horizontal ocupada por cada panel. De esta manera obtenemos el número de paneles a colocar para cada modelo de panel. Para los paneles de marca Chromagen, el número de paneles a colocar será de 82, mientras que para los paneles Viessmann, el número de paneles será 85.

Una vez que tenemos el número de paneles necesarios de cada modelo para cubrir la superficie de captación disponible, lo multiplicamos por su coste unitario y así obtenemos el coste total correspondiente a los paneles solares. A esto hay que sumar otros costes de la instalación correspondiente a otros elementos como bombas, válvulas, intercambiadores, depósito acumulador, anclajes, etc…Estos costes los estimamos en 300 € /m2.

De este modo, el coste de las dos posibles instalaciones será:

Número de paneles (85 u 82)*Coste unitario panel (594 u 842 €)+60.000 €

- 105 -

1.2.4.-Procedimiento de cálculo a seguir para cada modelo de panel Partimos de la Intensidad media útil (W/m2) en un día medio de cada mes para superficie horizontal. Si multiplicamos estos valores por la superficie disponible (200 m2), por el número de días de cada mes, por el factor de corrección k para superficies inclinadas obtenido anteriormente (para latitud 40,4º e inclinación 30º), y dividimos todo entre 1000, obtenemos los KW de potencia térmica que se consiguen para cada mes.

*NOTA: Hay que aclarar, que para que estos cálculos sean correctos del todo, la superficie disponible no es de 200 m2, ya que esa es la superficie bruta ocupada por todos los paneles. La superficie disponible real, será igual al área neta de captación de cada panel (2,5 m2), por el número de paneles a colocar. Con esto tenemos para cada panel, un área de captación próxima a 200 m2, pero algo inferior, y que en el caso de los paneles Vitosol, es algo mayo que en el de los Chromagen, ya que contamos con más paneles de esta marca, al tener aquellos menos superficie bruta que éstos.

Como queremos saber los KWh que obtenemos, y por tanto que nos ahorramos del consumo de gas natural, esa cantidad, habrá que multiplicarla por el número de horas de sol de un día medio de cada mes, y por el rendimiento de los paneles. De esta forma tenemos en cuenta ya las pérdidas de potencia del panel.

Si sumamos las potencias en KWh obtenidas de este modo para cada mes, tenemos el ahorro energético anual en términos de potencia que conseguimos con cada panel.

Para ver el ahorro en términos económicos, solamente tenemos que multiplicar los KWh obtenidos cada mes gracias a los paneles, por el término variable de la tarifa de gas natural correspondiente a la tarifa 3.4, que es la contratada

- 106 -

por el polideportivo, cuyas unidades son (€/KWh), ya que el término fijo no influye. Es decir, los KWh que consigamos cada mes gracias a la energía solar térmica, serán los que no gastaremos de gas natural, y por tanto los que supondrán un ahorro energético y económico.

Si sumamos las cantidades en € obtenidas de este modo para cada mes, tenemos el ahorro económico anual que conseguimos para cada panel.

Una vez que tenemos el ahorro económico anual y el coste de la instalación para cada uno de los dos modelos de paneles, aplicamos a éste último la subvención. Ésta era de un 30% a fondo perdido, procedente de ayudas del IDAE, y de 200 €/m2 de ayudas por parte de la comunidad de Madird, es decir, unos 40.000 € . Si restamos al ahorro económico anual, el coste de mantenimiento anual de la instalación, tenemos el ahorro económico anual real.

Ya solo nos queda dividir el coste real de la instalación (es decir, descontando el correspondiente a las subvenciones), entre el ahorro económico anual real, para obtener el plazo de amortización, que nos vendrá dado en años, y será distinto para cada modelo de panel usado en la instalación.

1.2.5.-Tablas de resultados A continuación presentamos los cálculos realizados para cada tipo de panel, en el orden explicado anteriormente:

- 107 PANELES CR Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octubre

Im útil (w/m2*dia)

220

307

394

516

574

645

714

636

491

330

245

206

Superficie (m2)

177,535

177,535

177,535

177,535

177,535

177,535

177,535

177,535

177,535

177,535

177,535

177,535

Días mes

31

28

31

30

31

30

31

31

30

31

30

31

K (latitud 40º)

1.34

1.26

1.17

1.07

1.01

0.98

1.01

1.09

1.2

1.34

1.43

1.41

K (latitud 41º)

1.35

1.27

1.18

1.08

1.01

0.99

1.02

1.09

1.21

1.35

1.44

1.42

K (Latitud 40.4º)

1,344

1,264

1,174

1,074

1,010

0,984

1,014

1,090

1,021

1,344

1,434

1,414

2.670,007

2.440,950

1.871,201

1.603,106

Potencia (kw)

1.627,300 1.928,979 2.545,716 2.951,612 3.190,648

Te (media en el colector) Ta (ambiente) I (w/m2) T* Rend=0,714,2*T*

3.380,337 3.984,574 3.815,305

Noviembre Diciembre

30 6 800 0,03

30 8 800 0,0275

30 11 800 0,02375

50 13 800 0,04625

70 18 800 0,065

70 23 800 0,05875

70 28 800 0,0525

70 26 800 0,055

70 21 800 0,06125

50 15 800 0,04375

50 11 800 0,04875

30 7 800 0,02875

0,584

0,5945

0,61025

0,51575

0,437

0,46325

0,4895

0,479

0,45275

0,52625

0,50525

0,58925 TOTAL (anual)

0,584 0,5945 0,61025 0,51575 0,437 0,46325 0,4895 0,479 0,45275 0,52625 0,50525 0,58925 Rend panel Horas de Sol 8,5 9,5 11 12,5 13 13,5 14 13 12 10,5 9 8 (h) Potencia (kwh) 8.077,917 10.894,390 17.088,757 19.028,672 18.126,073 21.140,208 27.306,282 23.757,906 14.506,150 13.487,774 8.508,819 7.557,043 189.479,9925 195,558 263,742 413,702 460,665 438,814 511,783 661,058 575,155 351,179 326,526 205,990 182,948 Ahorro (€) 4.587,1211

- 108 -

Tarifa

Consumo Q(kWh /año)

Término fijo (Tfij) €/ cliente/mes

Término variable (Tvij) €/ kWh

3.1

Q < 5.000

2,29

0,04165

3.2

5.000 < Q < 50.000

5,12

0,034854

3.3

50.000< Q 100.000

39,71

0,026553

3.4

100.000< Q

59,25

0,024209

Superficie Disponible (m2) Superficie bruta de cada panel (m2) Superficie en horizontal ocupada por cada panel (m2) Número de paneles a colocar Coste de cada panel (€) Coste de todos los paneles (€) Otros Costes (300 e x m2) (€) Coste Total de la Instalación (sin subvención) (€) Subvención del IDAE(30%) Subvención de la Com Madrid (200 €/m2) Coste Total de la Instalación (con subvención) (€) Ahorro anual (sin contar el coste mantenim) (€) Coste de mantenimiento anual €) Ahorro anual (contando el mantenimiento anual) (€) Plazo de amortización (años)

2,8*cos30 200/2,4248 594*82

200 2,8 2,4248 82 594 48.708 60.000 108.708,0000 32.612,400 40.000 36.095,6000 4.587,1211 1.000,0000 3.587,1211 10,0626

- 109 PANELES Vitosol 100

Im útil (w/m2*dia) Superficie (m2) Días mes K (latitud 40º) K (latitud 41º) K (Latitud 40.4º) Potencia (kw)

Te (media en el colector) Ta (ambiente) I (w/m2) T* Rend=0,84-3,36*T*

Enero 220 184,03 31 1.34 1.35 1,344 1.686,834

30 6 800 0,03 0,7392

Febrero 307 184,03 28 1.26 1.27 1,264 1.999,549

30 8 800 0,0275 0,7476

Marzo Abril 394 516 184,03 184,03 31 30 1.17 1.07 1.18 1.08 1,174 1,074 2.638,850 3.059,594

30 11 800 0,02375 0,7602

Mayo 574 184,03 31 1.01 1.01 1,010 3.307,376

50 13 800 0,04625 0,6846

70 18 800 0,065 0,6216

Junio 645 184,03 30 0.98 0.99 0,984 3.504,005

70 23 800 0,05875 0,6426

Julio 714 184,03 31 1.01 1.02 1,014 4.130,347

70 28 800 0,0525 0,6636

Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre 636 491 330 245 206 184,03 184,03 184,03 184,03 184,03 31 30 31 30 31 1.09 1.2 1.34 1.43 1.41 1.09 1.21 1.35 1.44 1.42 1,090 1,021 1,344 1,434 1,414 3.954,886 2.767,688 2.530,251 1.939,658 1.661,755

70 26 800 0,055 0,6552

70 21 800 0,06125 0,6342

50 15 800 0,04375 0,693

50 11 800 0,04875 0,6762

30 7 800 0,02875 0,7434

TOTAL(anu 0,739 0,748 0,760 0,685 0,622 0,643 0,664 0,655 0,634 0,693 0,676 Rend panel Horas de Sol 8,500 9,500 11,000 12,500 13,000 13,500 14,000 13,000 12,000 10,500 9,000 (h) Potencia (kwh) 10.598,714 14.201,199 22.066,588 26.182,479 26.726,245 30.397,592 38.372,571 33.686,134 21.063,212 18.411,368 11.804,369 Ahorro (€)

256,584

343,797

534,210

633,852

647,016

735,895

928,962

815,508

509,919

445,721

285,772

0,743 8,000 9.882,788

263.393,26

239,252

6.376,487

- 110 -

Término variable (Tvij) €/ kWh

Tarifa

Consumo Q(kWh /año)

Término fijo (Tfij) €/ cliente/mes

3.1

Q < 5.000

2,29

0,04165

3.2

5.000 < Q < 50.000

5,12

0,034854

3.3

50.000< Q 100.000

39,71

0,026553

3.4

100.000< Q

59,25

0,024209

Superficie Disponible (m2) Superficie bruta de cada panel (m2) Superficie en horizontal ocupada por cada panel (m2) Número de paneles a colocar Coste de cada panel (€) Coste de todos los paneles (€) Otros Costes (300 e x m2) (€) Coste Total de la Instalación (sin subvención) (€) Subvención del IDAE(30%) Subvención de la Com Madrid (175 €/m2) Coste Total de la Instalación (con subvención) (€) Ahorro anual (sin contar el coste mantenim) (€) Coste de mantenimiento anual €) Ahorro anual (contando el mantenimiento anual) (€) Plazo de amortización (años)

2,71*cos30 200/2,3469 842*85

200 2,71 2,3469 85 842 71.570 60.000 131.570,0000 39.471,000 40.000 52.099,0000 6.376,4874 1.000,0000 5.376,4874 9,6902

- 111 -

1.3.-ESTUDIO ECONÓMICO ÍNDICE

Capítulo

Página

1.3.1- Objetivo, método y desarrollo………………………………...........112 1.3.2.- Conclusiones….………………........................................................114 1.3.3.-Tablas de resultados…………………………………………...……116

- 112 -

1.3.1- Objetivo, método y desarrollo En el documento memoria hemos hablado de las subvenciones del IDAE, pero sólo tuvimos en cuenta la correspondiente al 30% a fondo perdido. Para llevar a cabo nuestro estudio económico, vamos a tener en cuenta también otra opción que presenta este organismo, que es un crédito bancario preferencial (al Euribor +1) de hasta el 80% del coste elegible del proyecto.

Por lo tanto, El objetivo del estudio económico posterior a los cálculos es comprobar la rentabilidad de nuestra instalación, y ver de qué forma afecta a los fondos propios el crédito del IDAE, es decir, como repercutiría en nuestro ahorro anual a largo plazo. Para ello, estudiamos qué rentabilidad obtendríamos sobre la inversión realizada a 20 años, es decir, calcularemos la TIR (tasa interna de retorno) a 20 años. Por una parte evaluaremos la TIR de proyecto, y por otra la TIR de fondos propios.

-TIR de proyecto

En este caso, nuestra aportación A, sería el coste de la instalación contando con la subvención a fondo perdido del IDAE más la subvención de la comunidad de Madrid, es decir 52099 €. El flujo de caja anual Qi, que corresponde al ahorro anual, se obtendría restando el coste de mantenimiento anual de la instalación (1000 € ) al ahorro bruto anual que obtenemos con nuestra instalación (6376,4874 €). Con estos datos bien ordenados, ya podemos aplicar la fórmula del TIR. El resultado es que obtenemos una rentabilidad sobre inversión del 8%.

- 113 -

-TIR de fondos propios

En este caso, nuestra aportación A, sería el coste de la instalación contando con la subvención a fondo perdido del IDAE más la subvención de la comunidad de Madrid, y con el préstamo con intereses del IDAE, es decir 12628 €.

Como sabemos que el préstamo es de hasta el 80% de 375 € por cada 1000 € de coste total de la Instalación, multiplicamos dicho coste por 375, por 0.8 y dividimos entre1000, obteniendo un préstamo de 39471 €.

Este préstamo se tiene que devolver en un plazo de 10 años, por lo que para ver que cantidad tenemos que devolver cada año, dividimos el préstamo entre 10. A esto le llamamos principal. Por otra parte a dicha cantidad hay que sumarle el interés anual, que es del EURIBOR +1, sobre el capital vivo, es decir, sobre la cantidad total que queda por devolver, con lo cual lo normal es que cada año tenga que devolver en total una cantidad menor.

Para ver cuanto vale el EURIBOR, como no se pueden encontrar estimaciones para 10 años, nos fijamos en la estimación hasta dentro de 12 meses, que viene reflejada en la página web www.euribor.org, y consideraremos que nuestro préstamo tiene un EURIBOR a tipo fijo, con lo cual, cada año su valor será de 2,22.

El flujo de caja anual Qi, que corresponde al ahorro anual, se obtendría restando el coste de mantenimiento anual de la instalación (1000 € ) y la cantidad total a devolver (intereses más principal, que es variable con el tiempo), al ahorro bruto anual que obtenemos con nuestra instalación (6376,4874 €). Con estos datos bien ordenados, ya podemos aplicar la fórmula del TIR. El resultado es que obtenemos una rentabilidad sobre inversión del 12%.

- 114 -

1.3.2.- Conclusiones A la vista de los resultados, podemos observar que con la TIR de fondos propios obtenemos una mayor rentabilidad sobre inversión. ¿Por qué? Muy sencillo: por una parte cabría pensar, que estamos ahorrando más a la larga viendo la TIR de proyecto, y así es, ya que el ahorro total en 20 años se estima en unos 55.500 €, mientras que en el otro caso sería de unos 48.000 €. Esto es debido a los intereses que hay que pagar anualmente, además de devolver el préstamo. Pero ocurre una cosa; los intereses son tan bajos, que el ahorro anual puede cubrir sin ningún problema lo que hay que devolver (principal más intereses), de modo que se sigue ahorrando, y cada año más, hasta llegar al año 10, en el que ya se ha devuelto todo (el capital vivo es nulo), y se ahorra anualmente lo mismo que en el caso de la TIR de proyecto, todo ello, habiendo realizado un desembolso inicial mucho más bajo.

Por eso obtenemos una TIR mayor de fondos propios (12% frente al 8%), porque es la rentabilidad sobre la inversión realizada. En dicho caso, aunque el ahorro anual es menor que en el otro, cada vez se le va igualando más, mientras que el desembolso inicial es mucho menor.

Hay que señalar, por otra parte, que esta opción es viable mientras las condiciones sean tan buenas, es decir, las de un interés tan bajo.

Por lo tanto, y de este modo, hemos comprobado tanto la viabilidad económica del proyecto, como su rentabilidad, siendo positiva en ambos casos.

- 115 -

1.3.3.-Tablas de resultados En la página 116 se muestra una primera tabla, que refleja los valores del EURIBOR, así como el valor que alcanza el préstamo, y los intereses y el principal a devolver cada año.

En la página 117 se muestra una segunda tabla con los datos necesarios para calcular el TIR en los dos casos comentados, así como el resultado de los mismos.

- 116 -

años 1 2 principal 39471 3947,1 3947 intereses 1263,07 1137 Total a devolver 5210,17 5084 Capital vivo 35523,9 31577

3 3947,1 1010,5 4957,6 27630

4 3947,1 884,15 4831,3 23683

5 3947,1 757,84 4704,9 19736

6 3947,1 631,54 4578,6 15788

7 3947 505,2 4452 11841

8 3947 378,9 4326 7894

Año Euribor

2008 2,2%

2009 2,2%

2010 2,2%

2011 2,2%

2012 2,2%

2013 2014 2,2% 2,2%

Coste Instalación Préstamo

2005 2,2%

2006 2,2%

131.570 39.471

2007 2,2%

9 3947,1 252,61 4199,7 3947,1

10 3947,1 126,31 4073,4 0

0 0 0 0

11

2015 2,2%

2016 2017 2018 2019 2020 2,2% 2,2% 2,2% 2,2% 2,2%

El préstamo es el 80% de 300 por cada 1000€ de coste de la instalación

12 0 0 0 0

13 0 0 0 0

14 0 0 0 0

15 0 0 0 0

16 0 0 0 0

17 0 0 0 0

18 0 0 0 0

19 0 0 0 0

20 0 0 0 0

- 117 A

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

Q6

Q7

Q8

Q9

Q10

Q11

Q12

Q13

Q14

Q15

Q16

Q18

Q19

Q20

Ingreso

6376,5

6376

6376,5

6376,5

6376,5

6376,5

6376,5

6376,5

6376,5 6376,5 6376,5

6376,5

6376,5

6376,5

6376,5

intereses

1263,1

1137

1010,5

884,15

757,84

631,54

505,23

378,92

252,61 126,31

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

principal

3947,1

3947

3947,1

3947,1

3947,1

3947,1

3947,1

3947,1

3947,1 3947,1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

mantenimiento

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

6376,5 6376,5 6376,5

Q17

TOTAL

6376,5 6376,5

Flujo de caja (con préstamo)

12628

166,32

292,6

418,93

545,24

671,54

797,85

924,16

1050,5

1176,8 1303,1 5376,5

5376,5

5376,5

5376,5 5376,5 5376,5

5376,5

5376,5

5376,5 5376,5

48483,9

Flujo de caja (sin préstamo)

52099

5376,5

5376

5376,5

5376,5

5376,5

5376,5

5376,5

5376,5

5376,5 5376,5 5376,5

5376,5

5376,5

5376,5 5376,5 5376,5

5376,5

5376,5

5376,5 5376,5

55430,7

Total instalacion Instalación (con ayudas) Prestamo Aportación (con préstamo) Aportación (sin préstamo)

131.570 52.099 39.471 12.628 52.099

Tir Tir

12% 8%

(de fondos propios) (de proyecto)

- 118 -

1.4.-ANEXOS ÍNDICE

Capítulo

Página

1.4.1- Tablas usadas en los cálculos………………………………...........119 1.4.2.-Características de los paneles….......................................................124 1.4.3.-Subvenciones y ayudas….…………………………………...……129 1.4.3.1.-Subvenciones del IDAE……………………………………..…...129 1.4.3.2.-Subvenciones de la Comunidad de Madrid………………………131

- 119 -

1.4.1- Tablas usadas en los cálculos

- 120 -

- 121 -

- 122 -

- 123 -

- 124 -

1.4.2.-Características de los paneles

- 125 -

- 126 -

- 127 -

- 128 -

- 129 -

1.4.3.-Subvenciones y ayudas

1.4.3.1.-Subvenciones del IDAE INTENSIDADES DE AYUDAS POR ÁREAS Y TIPOLOGÍAS

ÁREAS Y TIPOLOGÍAS

AYUDA IDAE / COSTES DE REFERENCIA

INTENSIDAD MÁXIMA DE AYUDA BRUTA/ GASTOS SUBVENCIONABLES

ENERGÍAS RENOVABLES S-4 SOLAR FOTOVOLTAICA CONECTADA A RED > 10 KWP E-5 EÓLICA CON POTENCIA INFERIOR A 2 MW E-7 MINIHIDRÁULICA DE POTENCIA INSTALADA HASTA 1 MW

10 %

E-8 APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DEL BIOGÁS S-7 SOLAR DE CONCENTRACIÓN

15 %

S-3 SOLAR FOTOVOLTAICA CONECTADA A RED DE HASTA DE 10 KWP E-6 APLICACIÓNES ENERGÉTICAS DE LA BIOMASA E-10 TRANSFORMACIONES DE LA BIOMASA PARA USO ENERGÉTICO

20 %

E-11 TRANSFORMACIONES DE OTRAS FUENTES DE ENERGÍA E-12 PILAS DE COMBUSTIBLE

Intensidad máxima = 40 % coste subvencionable + bonificación regiones asistidas + bonificación PYMES

S-1 INSTALACIONES EÓLICO-SOLARES (MIXTAS) S-2 SOLAR FOTOVOLTAICA AISLADA S-5 SOLAR TÉRMICA SISTEMAS PREFABRICADOS

30 %

S-6 SOLAR TÉRMICA POR ELEMENTOS

EFICIENCIA ENERGÉTICA E-1 AHORRO MEJORA DE LA EFICIENCIA Y SUSTITUCIÓN EN LA INDUSTRIA E-2 EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EDIFICIOS E-3 EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EL SECTOR PÚBLICO E-4 COGENERACIÓN NO INDUSTRIAL E-9 VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DE RESIDUOS

40%

(Apartados E.1.3 y E.1.4 y E.1.5 de las Directrices. 2001/C 37/03)

- 130 -

GRUPOS DE FINANCIACIÓN Y TIPOLOGÍAS

GRUPO DE FINANCIA CIÓN

AYUDA/ PRÉSTAMO

TIPOLOGÍAS E-2 EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EDIFICIOS E-4 COGENERACIÓN NO INDUSTRIAL E-5 EÓLICA CON POTENCIA INFERIOR A 2 MW

1

125 €/1.000 €

E-7 MINIHIDRÁULICA DE POTENCIA INSTALADA HASTA 1 MW S-4 SOLAR FOTOVOLTAICA CONECTADA A RED DE MAS DE 10 KWP E-8 APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DEL BIOGÁS E-9 VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DE RESIDUOS

2

187,5 €/1.000 €

E-1 AHORRO MEJORA DE LA EFICIENCIA Y SUSTITUCIÓN EN LA INDUSTRIA S-7 SOLAR DE CONCENTRACIÓN E-3 EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EL SECTOR PÚBLICO E-6 APLICACIÓNES ENERGÉTICAS DE LA BIOMASA

3

S-3 SOLAR FOTOVOLTAICA CONECTADA A RED DE HASTA DE 10 KWP

250 €/1.000 €

E-10 TRANSFORMACIONES DE LA BIOMASA PARA USO ENERGÉTICO E-11 TRANSFORMACIONES DE OTRAS FUENTES DE ENERGÍA E-12 PILAS DE COMBUSTIBLE S-1 INSTALACIONES EÓLICO-SOLARES (MIXTAS)

4

375 €/1.000 €

S-2 SOLAR FOTOVOLTAICA AISLADA S-5 SOLAR TÉRMICA SISTEMAS PREFABRICADOS S-6 SOLAR TÉRMICA POR ELEMENTOS

En todos los casos la financiación máxima será del 80 % de la inversión, con un plazo de amortización de 8 o 10 años, incluido 1 de carencia.

- 131 -

1.4.3.2.-Subvenciones de la Comunidad de Madrid

Orden 98/2005,de 13 de enero, de la Consejería de Economía e Innovación Tecnológica, por la que se regula la concesión de ayudas para la promoción de las energías renovables y el ahorro y la eficiencia energética para el periodo 2005-2007 Promoción de las energías renovables y ahorro y eficiencia energética. Beneficiarios − Corporaciones locales, así como sus agrupaciones o Mancomunidades − Otras entidades públicas o con participación pública − Instituciones sin ánimo de lucro − Comunidades de propietarios o agrupaciones de la misma − Empresas y otras personas jurídicas no incluidas en los apartados anteriores. −Personas físicas Conceptos Promover actuaciones de uso racional de la energía y utilización de fuentes de energía renovables en el ámbito de la Comunidad de Madrid incentivando el autoabastecimiento y protección del medio ambiente. Cuantía A)Proyectos de ahorro y eficiencia energética. Ayuntamientos: 30% de la inversión subvencionable. Comunidades de propietarios, sustitución de calderas a gas: 25% carbón y 15% gasóleo. Resto: 20% B) Energías renovables: Solar térmica (excepto piscinas privadas, instalacionesΣ Σ obligatorias por Ordenanzas municipales o instalaciones de superficie inferior a 10 m2, salvo que tengan carácter demostrativo): 35 a 225 euros/m2, según tipo de colector. Solar fotovoltaica (sistemas aislados o sistemas conectados a redΣ de más de 5 kWp, o de potencia inferior que tengan carácter demostrativo): 4 euros/Wp en sistemas aislados, 2 euros/Wp conectados a red para Ayuntamientos, entidades públicas, comunidades de propietarios e instituciones sin ánimo de lucro y 1 euro/Wp para el resto. − Eólica: 30% de la inversión subvencionable. − Biomasa y residuos: 30%. − Hidráulica (instalaciones nuevas o rehabilitación, hasta 10 MW): 30% − Geotérmica: 40% Σ Instalaciones mixtas: cuantía proporcional. C) Diagnósticos, auditorías, proyectos y estudios previos de instalaciones tipos A) y B): 30% de la inversión subvencionable. D) Proyectos de investigación, desarrollo y demostración: 40% de la inversión subvencionable. E) Planes energéticos, estudios, consultorías, actividades divulgativas y actuaciones de carácter general: 40% de la inversión subvencionable para Ayuntamientos y 60% para

- 132 -

instituciones sin ánimo de lucro. CUANTÍA MÁXIMA DE LAS AYUDAS 70% de la inversión en todos los casos, y - 100.000 euros para personas físicas. - 100.000 euros en tres años para empresas. - 300.000 euros para resto beneficiarios. Requisitos - Realizar la inversión en el ámbito territorial de la Comunidad de Madrid. - No tener deudas contraídas con la Comunidad de Madrid en período ejecutivo de pago, salvo que estuvieran debidamente garantizadas. Información El procedimiento de concesión de las audas será el de complementaria concurrencia no competitiva. Organismo Servicio de Programas Industriales y de Energía de la responsable Dirección General de Industria, Energía y Minas de la Consejería de Economía e Innovación Tecnológica. Presentación de *RECOGIDA DE SOLICITUD: solicitudes - Dirección General de Industria, Energía y Minas. C/ Cardenal Marcelo Spínola 14, Edificio F-4 * PRESENTACIÓN DE SOLICITUD Y DOCUMENTACIÓN: - Registro de la Dirección General de Industria, Energía y Minas. C/ Cardenal Marcelo Spínola 14, Edificio F-4 - En cualquier Registro Oficial de la Comunidad de Madrid. Documentación a --Presentar Fecha de inicio 19/01/2005 Fecha de finalización 28/02/2005 Plazo solicitud Cerrado Impresos Solicitud general no disponible

Normativa aplicable Orden 98/2005, de 13 de enero de la Consjería de Economía e Innovación Tecnológica (BOCM 18/01/2005)

(*) Estos documentos están almacenados en formato PDF © versión 4.05C, si necesita un visor de este tipo de documento puede descargarlo desde aquí Jerarquía 040104 - D.G. de Industria, Energía y Minas Objeto de subvención 99 - Otras Ayudas

- 133 -

Sector de ayuda 01 - Industria Beneficiario 14 - 14 Número de ayuda 00002353 Esta información es meramente orientativa. el texto completo y válido de la norma lo puede descargar desde el icono de "Normativa aplicable".