Estrategias contra el exceso de calor en las instalaciones solares térmicas

El correcto diseño de una instalación solar térmica pasa por prever todas las circunstancias que puedan dañarla y aplicar estrategias para evitarlo. Uno de los factores que pueden llegar a inutilizar una instalación solar térmica es el exceso de calor captado.

El correcto diseño de una instalación solar térmica pasa por prever todas las circunstancias que puedan dañarlas y aplicar estrategias que puedan evitar que se produzcan averías que acorten su vida útil.

Uno de los factores que pueden llegar a inutilizar una instalación solar térmica es el exceso de calor captado. En este artículo revisamos algunas de las estrategias empleadas para evitar que esta circunstancia averíe la instalación

¿Porque puede llegar a ser necesario disipar el exceso de calor en instalaciones solares térmicas?

Un exceso de calor en los sistemas solares térmicos se produce cuando existe demasiada captación solar en relación al consumo que se hace de la energía obtenida. Cuando esto ocurre los colectores retienen el calor que no se ha evacuado y elevan su temperatura hasta niveles que pueden ser peligrosos para la instalación.

Existen dos casos principales y no excluyentes en los cuales el sobrecalentamiento puede llegar a ocurrir:

– Cuando el consumo se reduce mucho o se hace nulo Esto puede ocurrir por vacaciones o ausencias de los usuarios o simplemente cuando se reduce de manera significativa la demanda de agua caliente por la razón que sea

– En verano, en las zonas del planeta alejadas de los trópicos donde las diferencias de intensidad de radiación solar entre el verano y el invierno son muy acusadas.

Cuanto más alejada esta un área de la zona intertropical, más diferencia existirá entre la intensidad de la radiación solar que el suelo recibe en el verano con respecto a la que recibe en invierno. Esta diferencia estacional de radiación se acentúa conforme nos acercamos a los polos donde llega a ser máxima.

La diferente cantidad de energía solar que la superficie terrestre recibe a lo largo del año se refleja en el curso de las estaciones climáticas (primavera, verano, otoño e invierno en las zonas templadas y estación seca y la estación lluviosa en las zonas intertropicales.)

relacion radiacion verano invierno

En la tabla se expresa el valor de radiación solar recibida en horizontal por cada m2 en las siguientes ciudades :Cali (Colombia), Guadalajara (México), Arrecife (España), Madrid (España), Londres (Inglaterra). Se puede observar como los valores varían a lo largo del año cada vez más conforme más alta es la latitud. El dato que lo corrobora es en la ultima columna, donde se calcula cuantas veces mayor es el valor medio máximo con respecto al valor medio mínimo para cada ciudad. El valor es mas alto conforme mas alta es la latitud

En las zonas del planeta alejadas de los trópicos será necesario instalar grandes superficies de colectores solares si se desea obtener cantidades apreciables de energía solar en invierno (para calefacción solar, agua caliente sanitaria con mucho uso en invierno). Esta gran superficie de colectores solares puede suponer un gran problema de sobrecalentamiento en el verano, cuando la radiación solar es mucho más intensa y la demanda será apreciablemente menor o incluso nula. (O incluso siendo la misma)

Inconvenientes de un excesivo calor en la instalación solar térmica.

Se estima que una temperatura del fluido caloportador superior a los 90 ºC empieza a ser peligrosa para la instalación. Hay que considerar que en una instalación en la que no se evacue el calor, el colector puede alcanzar con mucha facilidad temperaturas mayores a los 100 grados e incluso llegar a superar los 150 grados. Las temperaturas serán aún mayores en el caso de colectores de tubo de vacío

El exceso de calor afecta principalmente a las instalaciones solares térmicas con intercambiador que cuentan con un circuito primario y un circuito secundario. El circuito primario, en el cual se capta la energía solar, es estanco y lleva un liquido anticongelante para evitar las congelaciones y sus peligrosos efectos sobre los colectores y las tuberías. El circuito secundario es por el que circula el agua de consumo y recibe el calor del primario a través del intercambiador. Este modelo de instalación es el que por sistema se adopta en las zonas donde existen heladas invernales.

El problema surge cuando, por las causas ya comentadas, la temperatura sube demasiado en los colectores y el fluido transportador que circula en su interior del circuito primario comienza a hervir, a dilatarse y a emitir vapor. La temperatura exacta a la que ocurre esto depende en gran medida del tipo de fluido caloportador de que se trate. Cuando es un fluido de agua pura con anticongelante dependerá de la proporción de ambos líquidos aunque en general será superior a los 100 grados.

Tanto la dilatación como sobretodo la vaporización elevan la presión dentro del circuito primario. En una instalación solar térmica correctamente diseñada existirán válvulas especiales que cuando se alcance una determinada presión en el circuito primario considerada previa a ser peligrosa, se abrirán y dejarán escapar el exceso de fluido, aliviando la presión y evitando que otros componentes puedan dañarse.

Sin embargo, cuando esto ocurre, se pierde una cantidad de fluido que será necesario reponer para que el equipo vuelva a ser operativo. La operación de rellenado implica costos, mano de obra y un periodo de tiempo en que la instalación está parada.

Por otro lado, aparte del problema ejercido por la presión, cuando el fluido caloportador empieza a hervir en el circuito primario, se producen incrustaciones de cal en las superficies de los distintos componentes que van deteriorando el equipo.

Además, ante las altas temperaturas, las sustancias anticongelante pueden correr el riesgo de degradarse y perder sus propiedades, lo que supondría que empezaría a congelarse con más facilidad. Si esto llegase a ocurrir supondría la ruina de la instalación.

Permitir un exceso de calor en una instalación solar térmica provoca que muchos materiales que la componen sufran daños y que la instalación acabe envejeciendo prematuramente, con el consiguiente aumento de gastos de mantenimiento, pérdida de eficacia y de vida útil del sistema.




Estrategias empleadas para disipar, reducir o desviar el exceso de calor en instalaciones solares térmicas.

Ángulo de inclinación de los colectores alto– Se trata esta de una medida que no soluciona el problema, solo lo palia y que no siempre se podrá aplicar en función de otras necesidades energéticas que se pretendan satisfacer con el sistema solar (como agua caliente sanitaria). Consiste en colocar los colectores con un ángulo de inclinación alto para captar la radiación solar preferentemente en invierno. Con ello se consigue que los rayos más perpendiculares del verano caigan con mayor inclinación sobre el colector y se aprovechen menos.

Exceso de calor vertido en la alberca/piscinas– El exceso de calor producido en el sistema solar térmico en verano se vuelca a una piscina/alberca. De esta forma por un lado se alivia el exceso de calor en la instalación a la vez que se consigue una temperatura de agua agradable para el baño. Las piscinas, sobretodo las descubiertas cuando están calefactadas, son elementos por los que se pierden grandes cantidades de calor a la atmósfera. Este factor a priori negativo, es de ayuda cuando de lo que se trata es de disipar el exceso de calor.

Aleros– mediante la disposición de aleros estratégicamente dispuestos es posible reducir la radiación solar que cae en los colectores solares en verano. Con este sistema se busca aprovechar la mayor perpendicularidad de los rayos solares veraniegos para proyectar la sombra del alero sobre los colectores, permitiendo que solo trabaje una parte reducida de los mismos. Durante los meses de invierno, debido a la mayor inclinación de los rayos solares, el alero pierde su capacidad de proyectar sombra sobre los colectores y este puede funcionar a pleno rendimiento. Este sistema tiene la pega de que es de muy difícil aplicación, cuando no imposible, en edificios ya construidos, ya que será complicado encontrar unos alerones que se adapten correctamente., si es que existen. Normalmente será necesario que el arquitecto tenga este factor en cuenta a la hora de diseñar y construir la casa.

efecto alero colectores solares invierno

efecto alero colectores solares verano

Cubrir los colectores con fundas– Otra opción para evitar el sobrecaletamento es cubrir los colectores con fundas para evitar que puedan captar radiación solar. Esto requiere que se pueda acceder al área de colectores de forma segura y cómoda para colocar las fundas. Una ventaja es que se puede poner las fundas solo sobre algunos de los colectores, mientras se deja trabajar al resto para poder seguir obteniendo calor solar sin poner en riesgo la instalación. En los momentos de ausencia por vacaciones, quizá la mejor opción es cubrir todos los colectores con fundas.

Disipadores de calor– También existen los llamados disipadores de calor. Estos dispositivos hacen circular el líquido sobrecalentado por unos conductos para que se disipe su calor en el aire. En principio se activan cuando el fluido caloportador ha alcanzado una temperatura determinada previa a la considerada peligrosa (en torno a los 90 ºC).

Existen disipadores de diversos modelos y diseños. Los hay que dirigen todo el flujo sobrecalentado del circuito primario a una unidad donde el calor es disipado con ayuda de ventiladores.

Otros en cambio son estructuras que se colocan en cada colector solar y que disipan solo el calor generado por la unidad sobre la que están. Este tipo funciona por gravedad sin componentes electrónicos y se activa por medio de válvulas termostáticas. Tiene la ventaja de que su activación es automática y no requieren vigilancia

Sistemas de almacenamiento estacionales– Existen grandes instalaciones comunales llevadas a cabo en países del norte de Europa que evitan los sobrecalentamientos guardando el exceso de calor del verano en grandes depósitos para recuperar parte del calor en invierno. Sin embargo estos sistemas son complejos por el gran volumen de acumulación que requiere y por los problemas técnicos que este hecho trae aparejados.

El sobrecalentamiento en los sistemas solares termosifónicos (calentadores solares / calefones solares)

Este tipo de equipos tenderán por norma general a sufrir menos variación de niveles de radiación entre el verano y el invierno ya que solo suelen ser rentables, cuando no posibles de emplear, en zonas climáticas intertropicales y subtropicales donde la radiación solar mas es uniforme durante todo el año. Además, la propia configuración del sistema, con un solo circuito en el que el agua de consumo pasa por los colectores solares evita que la presión pueda subir y causar grandes daños.

Sin embargo cuando el equipo se vaya a dejar de utilizar durante un tiempo, (por ausencias, vacaciones, etc.), para impedir las incrustaciones en el circuito primario y un envejecimiento innecesario del equipo provocado por las altas temperaturas, convendrá vaciar de agua del mismo a través de la llave de drenaje y/o tapar el colector con una funda para evitar que incida la radiación solar.


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4 pensamientos en “Estrategias contra el exceso de calor en las instalaciones solares térmicas

  1. MARCELO

    Estimados, tengo un colector solar con 25 tubos conectados a una bomba presurizadora y de ahi va a la caldera. uno de los tubos pierde agua por la parte superior y no se como cambiarlo. agradecería algún comentario. Muchas gracias.
    Marcelo

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    1. Daniel Autor

      Lo mejor es que hable con el proveedor/instalador que le vendio el equipo o con la casa fabricante. Ellos deberán darle solución a su problema. Un saludo y suerte

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  2. jorge

    Estimado: tengo instalado un calefón solar Hissuma de 100 lts. En estos días de pre-verano llegó a calentar 92.5°, hasta que le abrí el paso de agua para hacer ingresar agua fría al termo. La suba fué en dos etapas: la primera llegó a los 89° y solito comenzó a tirar agua hirviendo por el tubo de venteo, con lo cual descendió un tanto la temperatura. Luego volvió a subir (y yo esperando que se repita el alivio…) pero llegó a los 92.5° y no volvió por sí mismo a expulsar agua por el tubo de venteo. Nota: el tubo de venteo tiene una altura de 4 mts. para sobrepasar el tanque de alimentación. Me preocupa que el alivio sea automático, ya que no quiero arriesgar una explosión en una tarde de pleno sol. Pensé en poner una válvula de alivio de presión.. si comparte conmigo el concepto, qué característica tendría ? cuántos PSI ? Nota 2: en mi locación, por la altura, comprobé que el agua hierve a los 95°. Sugiere otra idea ? Muchas gracias, saludos

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  3. Ismael

    Hola,
    Tengo un sistema de tubos de vacío en casa y querría saber cuál es la mejor manera de tapar los tubos en verano. Es decir:
    – Horizontalmente: Tapar de cada uno de los tubos un trozo.
    – Verticalmente: Tapar algunos tubos completos.
    Gracias.

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