Guía de usuarios de Sistemas Solares Térmicos

termico diagrama

¿Qué es la Energía Solar Térmica?
Consiste en aprovechar el calor del sol para producir agua caliente para consumo doméstico y/o calefacción.

¿Qué es un sistema solar térmico?
Un Sistema Solar Térmico (SST) se utiliza en una vivienda para calentar agua sanitaria, la que se consume preferentemente en el baño, cocina y lavadero.

¿Qué Beneficios tiene instalar un SST:
• Introduce una economía en el hogar y en la sociedad en su conjunto.
• Permite abastecer de agua caliente en viviendas que no la disponen, ya sea por tecnología como por disponibilidad de recursos.
• Diversifica la matriz energética.
• La reducción del gasto familiar para calentar agua dependerá de la zona geográfica (75% en el norte y 30 % en el extremo sur).
• En la zona central el ahorro anual está en el orden de los $140.000 anuales, en una familia de 3 a 4 personas.

¿Para qué sirve la energía solar térmica?
El uso habitual de esta energía suele ser para la obtención de agua caliente sanitaria (ACS), también para la calefacción o para el calentar agua en los procesos industriales, aunque también se usa para calentar el agua de piscinas cubiertas o al aire libre.

¿Cómo funcionan los sistemas solares para producir agua caliente sanitaria (ACS)?
Estos sistemas están formados por colectores o paneles solares y un depósito para almacenar el agua. Funcionan gracias a que el agua del depósito circula por el panel donde es calentada gracias a la radiación solar.

¿En cuánto tiempo recupero mi inversión?
El costo de la inversión se amortiza en 3 a 8 años dependiendo de la zona geográfica y el tipo de colector utilizado. Con tubos al vacío es más rápido; en grandes instalaciones también.

¿Cuál es la vida de útil de una instalación de energía solar térmica?
La vida útil de estas instalaciones está estimada en unos 15 a 20 años.

¿Las placas se calientan en un día nublado o lluvioso?
En días lluviosos, las placas se limpian y con días nublados, las placas se calientan menos, por lo que se almacena menos energía, aunque hay que tener en cuenta que vivimos en un país con más de 300 días de sol al año.

¿Cómo se soluciona el eventual déficit en radiación solar algunos días de invierno?
Los sistemas de ACS siempre requieren de una fuente de energía de apoyo para poder completar el trabajo de la energía solar.

¿Qué energía de apoyo se suele utilizar habitualmente?
Las más utilizadas para ACS son la electricidad y el gas; y para calefacción es el gasóleo; aunque la biomasa también es una opción viable y recomendada tanto para uno como para otro.

¿Las heladas pueden dañar los paneles solares?
Si en la zona donde están instalados se producen frecuentes heladas, es conveniente añadir una mayor cantidad de anticongelante al fluido térmico.

¿Qué partes conforman el Sistema Solar Térmico?
El sistema de captación, el sistema de acumulación, el sistema de intercambio, el sistema de apoyo (auxiliar o de respaldo), la red hidráulica; el sistema eléctrico y de control.

¿En qué consiste el sistema de captación?
El sistema de captación transforma la radiación solar en energía térmica aumentando la temperatura del fluido circundante. Son los colectores solares térmicos. El tamaño más utilizado está  en el rango de los 2 m2, aunque se fabrican colectores de diferentes tamaños. El peso aproximado de un colector plano, que es el más utilizado en instalaciones de ACS, varía entre 15 y 25 [Kg / m2].

¿Qué tipo de sistemas de captación existen?
Según  su cubierta, pueden ser planos o formados por tubos al vacío, cuyos tubos son de cobre al interior y vidrio exterior. Según el material de los colectores planos, pueden ser de cobre o polipropileno.

¿En qué debe fijarse el usuario en relación al sistema de captación?
El usuario debe fijarse que esté orientado hacia el sol; que produzca calor de manera eficiente; que esté diseñado para soportar la continua exposición a condiciones exteriores tales como lluvia, nieve, granizo, polvo, etc. y para resistir las altas y bajas temperaturas a las que va a estar sometido.

¿Cuáles son los sistemas más utilizados?
Los sistemas planos. Su cubierta transparente tiene ventajas: reduce las pérdidas por radiación en el efecto invernadero; las disminuye al evitar el contacto directo del absorbedor con el aire ambiente; protege los componentes interiores del colector frente a agentes externos tales como lluvia, humedad u otros, evitando su deterioro.

¿Qué elementos conforman el colector solar plano?
Por la cubierta, el absorbedor de calor, la aislación del colector; la carcasa.

¿Qué es el Sistema de acumulación?
El sistema de acumulación almacena el agua caliente hasta que se precise su uso. El usuario debe preocuparse de que sea un termosifón con buena aislación térmica.

¿Cómo está conformado el sistema de intercambio?
El sistema de intercambio realiza la transferencia de energía térmica entre el fluido de captación, que circula por el circuito primario, y el del circuito secundario, que es el agua de consumo.

¿En qué consiste el sistema de apoyo?
Complementa el aporte solar suministrando la energía necesaria para cubrir el consumo previsto. En algunos aspectos, este sistema no se considera incluido en el SST. Puede ser auxiliar o de respaldo.  Idealmente debe ser un calefont slar.

¿Cómo funciona la red hidráulica?
Está constituida por todos los conjuntos de cañerías, con su aislante, accesorios, bombas, válvulas, etc. que interconectan los distintos sistemas y mediante la circulación de fluidos producen la transferencia de calor desde el sistema de captación hasta el de consumo.

¿En qué debe fijarse el usuario para contar con una red hidráulica adecuada para el Sistema Solar Térmico?
El usuario debe fijarse en que las configuraciones sean lo más simples posible y de menores recorridos; las válvulas debe ser de 5 vías; deben quedar a su alcance los elementos asociados a la red, para que sean manipulables, con posibilidad de regular y controlar; los equipos deben ser presurizados, que funcionen con la presión de la red de agua.

¿Para qué sirve el sistema eléctrico y de control?
Es el que aplica las estrategias de funcionamiento y de protección organizando el arranque y parada de bombas, las posibles actuaciones de las válvulas y cualquier otra actuación electromecánica que se requiera.

¿Qué otras clasificaciones existen para los Sistemas Solares Térmicos?
-    Según el principio de circulación, pueden ser de circulación natural o forzada. Depende del mecanismo mediante el cual se produce el movimiento del fluido en el circuito primario. Algunas diferencias entre ambos es que el sistema forzado necesita bomba de circulación; se utiliza mejor en grandes instalaciones; necesita alimentación eléctrica; la integración arquitectónica es más sencilla; el costo de la inversión es mayor; requiere de más mantención por el sistema de control y la bomba.
El sistema de circulación natural, en cambio, no requiere bomba de circulación; es mejor para pequeñas instalaciones; no requiere sistema eléctrico; la integración arquitectónica es más dificultosa; el costo de la inversión e menor; requiere menos mantención, sólo preventiva.

-    El sistema de intercambio puede ser directo o indirecto. Esto se refiere a la forma de transferir la energía desde el circuito primario al circuito de consumo. El sistema es directo cuando el fluido de captación es la misma agua de consumo. Es indirecto cuando el fluido de captación va en un circuito independiente.
El sistema directo, tiene una construcción más sencilla, es sólo para pequeños sistemas, su rendimiento empeora con el tiempo, no se aconseja para lugares con heladas, ni con aguas duras, el costo de inversión es menor, la mantención requiere limpieza interna del colector.
El sistema indirecto es más complejo, su rendimiento se mantiene constante, es para cualquier tipo de instalación, se recomienda para lugares con heladas y aguas duras, el costo de inversión es mayor y sólo requiere mantención del circuito cerrado.

-    Según la forma de acoplar colector y acumulador, los Sistemas Solares Térmicos pueden ser compactos, integrados o partidos. Es compacto cuando todos los componentes del sistema se encuentran montados en una sola unidad, pero se distinguen.
Es integrado cuando dentro del mismo sistema se realizan las funciones de captación y acumulación de energía, sin distinguir colector y depósito.
Es partido cuando se da una distancia física relevante entre el sistema de captación y el de acumulación.

-    Si el sistema es prefabricado o hecho a la medida: El Sistema Solar prefabricado o colector integrado, se destina normalmente para pequeños consumos. Está diseñado, ensayado y comercializado por una empresa fabricante y el proyectista selecciona el más adecuado, pero no interviene en su diseño.
Los sistemas a la medida son ensamblados a través de diversos componentes. En el sistema a medida hay un profesional que diseña el sistema.

¿Qué elementos deben considerarse para la correcta selección del sistema prefabricado?
Los componentes y características físicas del colector; sus características de funcionamiento; cómo será montado e instalado; instrucciones de uso; programa de mantenimiento y condiciones de garantía.

¿Qué elementos deben considerarse para la selección del sistema a la medida?
Además de los elementos que considera el sistema prefabricado, deben considerarse los elementos contenidos en la MEMORIA TÉCNICA, que incluye toda la información a considerar para el diseño del sistema.

¿Qué factores deben considerarse para definir el tamaño que tendrá el SST?
El consumo medio de agua caliente del grupo; la superficie de captación; su capacidad de acumulación. También se consideran la localización, orientación del captador e inclinación. Es común utilizar el método f- Chart para colectores planos.

¿Qué elementos deben considerarse para incorporar el SST a la vivienda?
La integración arquitectónica: orientación, inclinación y sombras; seguridad y solución estructural; el equipo auxiliar con sus conexiones y recorridos.

¿Qué elementos debe considerar la solución estructural?
El peso, el viento, la nieve, la lluvia, la sismicidad, etc. Debe garantizarse la rigidez estructural del equipo y del lugar del cual se apoya.

¿Cómo debe ser el equipo auxiliar o de apoyo?
Puede ser instantáneo (calefont, calentador eléctrico o caldera mixta); con acumulación (termo eléctrico o acumulador con caldera): o incorporado en el acumulador solar. En este último caso, deben tomarse precauciones para no perjudicar la eficiencia global del conjunto. Para proteger al usuario, deben utilizarse válvulas mezcladoras a la salida del sistema auxiliar o del equipo solar, o válvula diversora que se utiliza como bypass.
El acoplamiento del SST al equipo auxiliar debe ser simple e inmediato, de fácil montaje y manipulación.

¿Qué elementos deben tenerse en cuenta para seleccionar el colector solar más adecuado?
Que cuente con certificación; sus parámetros de rendimiento y de pérdida de carga; la calidad de los materiales que lo componen; la capacidad de adaptación a la estructura de soporte e instalación; la claridad del manual de instrucciones; el programa y condiciones de mantención; los plazos de garantía; la experiencia; su costo, entre otros.

¿Qué elementos deben tenerse en cuenta para la selección del acumulador?
Que cuente con certificación; el cumplimiento de los requisitos para mantener la potabilidad y calidad  del agua caliente sanitaria; capacidad de trabajar dentro de los márgenes de presión y temperatura previstos; sus dimensiones en relación al espacio disponible; el sistema de protección catódica; la disposición de todas las entradas y salidas necesarias; sus costos y condiciones de garantía.

¿Qué mantención requiere un SST?
Existen dos tipos de mantención: Mantención ordinaria: que tiene y puede hacer el usuario y Mantención técnica: a cargo de un especialista. El límite entre las dos no está definido por ningún reglamento o normativa. En esta sección se han agrupado ambos tipos de mantención.

Monitoreo visual del estado de los colectores.
Monitoreo de las temperaturas del sistema de captación solar y sistema de acumulación.
Monitoreo de las presiones de trabajo del circuito primario y secundario (en caso de ser un sistema con circuito solar cerrado).
Verificación del líquido caloportador (en caso de ser un sistema con circuito solar cerrado).
Verificación de las presiones de funcionamiento de la bomba.
Verificación de las presiones de trabajo del o los vasos de expansión.
Verificación de las presiones y temperaturas de los acumuladores.
Verificación del correcto funcionamiento de los componentes de seguridad: vaso de expansión, purgadores de aire y válvulas de seguridad.
Verificación de correcto funcionamiento de las válvulas de pasada.
Verificación del correcto funcionamiento de los displays indicativos.

¿Se deben entregar garantías por las instalaciones?
En relación a las Garantías, éstas deben ser otorgadas por la empresa proveedora/instaladora, no sólo por el fabricante de los equipos e implementos utilizados.

FUNCIONAMIENTO DE UN SST

¿Qué etapas existen para dimensionar un sistema de energía solar térmico?

  1. Diagnóstico energético: Conocer al cliente, cómo es la evaluación y distribución del consumo de energía, eléctrica o térmica según el sistema a instalar y cantidad de habitantes o usuarios, en diferentes períodos (día, mes año). Esta etapa es esencial para analizar, hacer el diseño y estimar aspectos técnicos y económicos de la instalación.
  2. Análisis del recurso solar: evaluación del recurso solar en el sitio de emplazamiento del sistema y energía solar disponible según: inclinación óptima y disposición del sistema (orientación al norte) y sombras presentes el sitio de instalación (edificios, árboles, cerros).
  3. Análisis de sitio: evaluación de condiciones ambientales y características propias del sitio de instalación (condiciones ambientales, fuentes de suciedad, polvo, corrosión, daño, etc...) Ej: con el mismo recurso disponible (y según el viento dominante), puede no ser lo mismo instalar cerca de un camino de tierra transitado o de una fuente de suciedad, humo, corrosión o polvo. Idealmente evitar los sitios bajo estas influencias.
  4. Revisión del espacio disponible, existente y futuro: para efectos de instalación de sistemas de energía solar, se deberá evaluar el tipo y cantidad de superficie disponible (por si limita la superficie de captación o es necesario refuerzos), y definir los parámetros de instalación como, orientación, inclinación y estructura de soporte que se utilizará.

¿Qué debería incluir una cotización de una empresa instaladora solar?

  1. Datos del recurso solar disponible en el sitio de instalación
  2. Datos sobre la producción de energía eléctrica (kwh al año) o térmica (temperatura y cantidad de litros de agua caliente)

Debe incluir las fichas técnicas de los compontes de los sistemas solares (captadores térmicos o módulos fotovoltaicos e inversores)

Debe incluir el detalle en presupuesto, indicando a lo menos: Marca, modelo, certificados y cantidad de cada componente; costos por mano de obra y servicio de ingeniería; costos por tramitación de la autorización del sistema solar ante la SEC y ante la empresa Distribuidora (cuando corresponda a sistemas PV); y garantías y recomendaciones o costos del servicio de mantenimiento.

¿Funcionan los SST?

Los invitamos a conocer los siguientes proyectos exitosos:

Proyecto Social LOs Castaños del Programa PPPF

Sistema Solar Térmico en Hospital Luis Calvo Mackenna

Proyecto de secado agrícola en Chillán

Proyecto Altos del Llano y Entre Valles

Sistema solar térmico en Corral

Sistema Solar Térmico Edificio Terrazas de Macul

Ayuda a institución de rehabilitación en Tongoy

Sistema Solar Térmico en Conjunto habitacional Las Margaritas

¿Es viable económicamente un SST?

Se recomienda analizar los siguientes criterios, que le permitirán tomar una mejor decisión:

-          Diagnóstico energético: conocer al usuario, cómo es la evaluación y distribución del consumo de energía en diferentes períodos (día, mes año). Esta etapa es esencial para analizar, hacer el diseño y estimar aspectos financieros de la instalación.

-          Análisis del recurso solar: para efectos de diseño, se pueden tomar tres fuentes de datos de información para reducir la incertidumbre del sistema de captación: corregir la información de acuerdo a la inclinación del sistema; análisis solar del emplazamiento para conocer las sombras; hacer un acápite independiente de la información solar y del emplazamiento del sistema.

-          Revisión del espacio disponible existente y futuro: para efectos de instalación de sistemas de captación solar, se deberá evaluar la superficie disponible en donde se instalará el sistema. Con ello se definirá algunos parámetros de instalación como es la inclinación y el tipo de estructura a utiliza.

¿El sistema requiere de un operador o funciona solo?

Funcionan sin la necesidad de un operador, sin embargo se debe contar con un plan de mantenimiento que permita detectar posibles fallas.