Curso Solar CDT_2da Sesión

Área Ef ic ien ci a En erg é tic a y Construcción Sustentable

Energía Solar Fotovoltaica y Térmica en edificacio edificaciones nes SESIÓN 2 FRANCISCO VIADA ARETXABALA 11 de agosto de 2014

1

Energía solar térmica

• Componentes (continuación) • Orientación, Inclinación Sombras • Tipologías de instalaciones

Energía Solar Fotovoltaica y Térmica en edificaciones

SISTEMA - COMPONENTES


Sistema solar térmico. Grupo de bombeo Un grupo de bombeo tiene la misión de transportar el fluido solar desde los colectores solares hasta nuestro sistema secundario (acumulador solar o intercambiador de placas). 

 En

función del número de colectores y del sistema de conexión debemos ajustar un caudal de circulación:  Su

valor estará comprendido entre 25 a 50 l/h por cada m 2 de superficie de colectores, dependiendo del fabricante.


Sistema solar térmico. Grupo de bombeo

CAUDAL DE LA BOMBA CAUDAL A MOVER DEPENDE DE LA SUPERFICIE DE CAPTACIÓN Y LAS RECOMENDACIONES DEL FABRICANTE (DISEÑO):

CAPTADOR TIPO ARPA FLUJO 45 A 55 LTS/M2/HR

CAPTADOR TIPO MEANDRO FLUJO 25 A 50 LTS/M2/HR


Sistema solar térmico - Vaso de expansión La misión de un vaso de expansión es la de absorber el aumento de volumen que sufre el fluido caloportador en el circuito solar. 

Su diseño y ajuste juegan un papel clave para asegurar un buen funcionamiento de la instalación: 

 Hay

diferentes tamaños aptos para cada instalación, desde los 18 litros hasta 300 litros


Sistema solar térmico. VALVULA DE SEGURIDAD-PURGADOR  VALVULA

DE SEGURIDAD ALIVIA EL EXCESO DE PRESIÓN EN UN SISTEMA

PURGADOR

ELIMINA EL AIRE DE LAS TUBERÍAS Y COLECTORES


Sistema solar térmico. Aislamiento aislamiento de la instalación solar es un punto muy importante a fin de mantener la energía útil evitando las pérdidas caloríficas hacia el exterior.  El

 Deberán

resistir a las radiaciones ultravioletas producidas por el sol.

 Los

espesores de aislamiento de tuberías y accesorios situados en interior serán, según reglamento ley 20365: 

e = diámetro de la tubería en el exterior e = 75% diámetro de la tubería en el interior


Sistema solar térmico -Fluido caloportador  El

fluido caloportador es el líquido que circula por todo el circuito primario solar.

 Su

misión principal es la de transportar toda la energía útil desde los colectores hacia los intercambiadores de calor, además de proteger la instalación contra congelaciones y sobre temperaturas.  Deberá

tener características anticongelante cuando existan riesgos de congelamiento Ej.: Santiago 15-20% de polipropilen glicol Ej.: Copiapó 0%

Rango de Trabajo Subzero®

-12ºC

0ºC

+126ºC Temperatura


Sistema solar térmico – Conexionado Hidráulico comportamiento de los colectores variará según sea su conexión debido a las características de su curva de rendimiento ya que variará su caudal circulante y la temperatura de cada colector, con lo cual el rendimiento de la instalación será diferente.  El

 Cada  Los

modelo de colector tiene su forma de conexión optima (según fabricante)

colectores se pueden conectar en: Figur a 2. Conexión de captadores: a) En serie. b) En par alelo. c) En serie-paralelo.


Sistema solar térmico – Conexionado Hidráulico Conexionado en paralelo: Se

suman los caudales.

La

temperatura a la salida es inferior que en la conexión en serie.

En

la entrada y salida de cada fila de colectores se deberá disponer de llaves de corte además se instalará una válvula de seguridad con el fin de proteger la instalación. Se instalaran purgadores automáticos, siempre separados con una llave de corte, en el punto más alto de la instalación a fin de evitar formaciones de aire. 

Conexionado en paralelo


Sistema solar térmico – Conexionado Hidráulico 1. Equilibrio hidráulico mediante diseño de tuberías (grandes instalaciones) Para obtener una distribución uniforme de caudal es preciso disponer de una conexión en retorno invertido para equilibrar hidráulicamente la instalación frente a la instalación de válvulas de equilibrado. 

trazado se realizará de tal modo que la tuberías de salida de los colectores sea lo más corta posible.  El


Sistema solar térmico – Conexionado Hidráulico Equilibrio hidráulico mediante válvulas de equilibrado: (grandes instalaciones) 

Instalando válvulas de equilibrado se reduce la cantidad de tuberías.


Sistema solar térmico – Conexionado Hidráulico Equilibrio hidráulico mediante válvulas de equilibrado: (grandes instalaciones) Es

la única forma de equilibrar instalaciones con parrillas de distinta cantidad de paneles.


Sistema solar térmico. Protección contra sobre temperatura

!

Independientemente del uso de la instalación, si en algún mes del año el aporte real supera el 110% de la demanda o en tres meses seguidos el 100%, se tomarán las siguiente medidas:  Dotar

a la instalación un equipo de disipación de excedentes.

 Tapado

parcial de los colectores.

 Desvío

de excedentes a otras aplicaciones.

 Vaciado

parcial del campo de colectores.

 Se

debe dotar a las instalaciones solares de dispositivos de control manuales o automáticos que eviten los sobrecalentamientos de la instalación.  Sistema

disponga de drenajes como protección ante sobrecalentamientos, el agua caliente o vapor del drenaje no puede suponer peligro para los habitantes y no se produzcan daños en el sistema.  En

sistemas de ACS, temperatura de agua caliente en los puntos de consumo >60ºC debe instalarse un sistema automático de mezcla u otro sistema que limite la T de suministro a 60ºC. °


SISTEMA – ACUMULACIÓN


Introducción  ¿Por

qué es necesario acumular energía en los sistemas solares?

 Porque

las horas de producción de agua caliente no tienen por qué coincidir con las horas de consumo. La acumulación de energía se lleva a cabo en depósitos de acumulación.  En

las instalaciones de calentamiento de piscina no es necesario acumular agua caliente, porque el propio vaso de la piscina hace de acumulador. Energía demandada por el usuario

Energía aportada por el sistema solar

0 0 : 7 0

0 0 : 9 0

0 0 : 1 1

0 0 : 3 1

0 0 : 5 1

0 0 : 7 1

0 0 : 9 1

0 0 : 1 2

0 0 : 3 2

0 0 : 1 0

0 0 : 3 0


0 0 : 5 0

Sistema solar térmico - Acumulación misión del acumulador es la de almacenar la energía producida en los colectores ya que generalmente la producción solar y la demanda de ACS no coinciden en el tiempo.  La

 El

sistema de acumulación se debe dimensionar acorde con la demanda: 40≤V/A≤180

(V=total área de apertura en m2 / volumen depósito en Lts.)

acumuladores se dispondrán, preferentemente, en posición vertical para favorecer la estratificación:  Los

 Obtenemos

ACS más caliente, evitando el arranque de la energía auxiliar.  Retornamos

el fluido caloportador más frío a los colectores, aumentando el rendimiento de la instalación.  Los

acumuladores destinados a ACS deberán cumplir REGLAMENTO SOLAR CHILENO.


Sistema solar térmico - Acumulación  Con

objeto de aprovechar al máximo la energía captada y evitar la pérdida de la estratificación, la situación de las tomas de conexión serán:

entrada del agua fría se realizará por la parte inferior del acumulador y la extracción del agua caliente por su parte superior .  La

 La

conexión de entrada de fluido caliente procedente de los colectores se realizará, preferentemente a una altura comprendida entre el 40% y el 575% de la altura total del mismo. La conexión de retorno a los colectores se realizará por la parte inferior a este.  En

instalaciones centralizadas debe preverse un sistema para evitar la legionelosis, debiendo alcanzar 60ºC por un mínimo de 5minutos/día con el fin de asegurar una desinfección eficaz. Energía Solar Fotovoltaica y Térmica en edificaciones

Sistema solar térmico - Acumulación Los acumuladores deberán contar con espesor de aislación tal que se cumpla la siguiente condición para minimizar las pérdidas de calor: Emin ≥ 50 * (λ / 0,04) 

donde:

Los

Emin = espesor mínimo (mm.) λ= conductividad térmica del aislante (W/m*k)

acumulador deben privilegiar :

- La estratificación de la T

°

- Aprovechamiento del 100% del volumen acumulado


SISTEMA – CONTROL


Sistema solar térmico - Control La misión del sistema de control es la de poner en funcionamiento la bomba circuladora solar, de manera de obtener la mayor cantidad de captación de energía 

 Las

variables principales a controlar son la temperatura de sal ida del fluido caloportador del colector solar y la temperatura del agua al i nterior del acumulador (en la zona de intercambio).


Sistema solar térmico - Control

8:00 AM

CURVA DE TRABAJO


18:00 PM

SISTEMA – SOMBRAS (Incidencia Solar y Orientación)


Sistema solar térmico - Sombras

Mediodía 21 de Junio (Solsticio de Invierno)

Mediodía 22 de Diciembre (Solsticio de Verano) ANGULO DE PROYECCIÓN SOLAR MEDIODÍA EN INVIERNO

ANGULO DE PROYECCIÓN SOLAR MEDIODÍA EN VERANO


Sistema solar térmico - Sombras  

 

Las instalaciones solares en Chile siempre se orientarán al Norte. Para asegurar un rendimiento anual optimo, el ángulo de inclinación debe ser equivalente a la latitud geográfica de la zona donde ésta se realiza (ejemplo: Santiago = 33º Sur) +-5º Para asegurar un rendimiento optimo marzo-diciembre (colegios) la inclinación debe favorecer el funcionamiento en invierno. Ej. 45º Para asegurar un rendimiento optimo octubre-marzo (piscinas) la inclinación debe favorecer el funcionamiento en verano. Ej. 0º

ORIENTACIÓN NORTE

Santiago: Latitud 33 Sur

°

PLANO HORIZONTAL


Sistema solar térmico. Energía solar incidente EVITAR LAS SOMBRAS

Ejemplo: Santiago

b = 2mts. / h = 1,85mts. / Beta = 35º / d = 3,39mts. / d1 = 1,75mts.

SISTEMA – TIPOLOGÍAS DE INSTALACIÓN


Instalaciones tipo - Instalación para ACS y apoyo a piscina. Si la temperatura T1 que marca la sonda S1 está a unos 7º C por encima de la temperatura T2 que marca la sonda S2 se pone en marcha la bomba B1 hasta que se alcance la temperatura máxima del acumulador (p.ej. 60º C). En segundo lugar se calienta el agua de la piscina al ponerse en marcha las bombas B2 y B3, siempre que la temperatura T1 esté a unos 10º C por encima de la temperatura T3 que marca la sonda S3. La válvula mezcladora (11) está ajustada a 45º C.

S1 11

AGUA CALIENTE B1

S2 AGUA FRÍA DE RED

B2

B3

8

S3


Instalaciones tipo - Acumulación solar y sistema apoyo modulante individual S1

S2

B1 AGUA CALIENTE SE

SA

AGUA FRÍA DE RED

3 AGUA CALIENTE SE

SA

AGUA FRÍA DE RED


Si la temperatura T1 que marca la sonda S1 está a unos 7º C por encima de la temperatura T2 que marca la sonda S2 se pone en marcha la bomba B1. En cada piso hay una central de regulación que compara la temperatura TE que marca la sonda SE con la temperatura TA que marca la sonda SA. Si la primera está a unos grados por encima de la segunda se abre la válvula de conmutación hacia el intercambiador hasta que se alcance la temperatura máxima del acumulador (p.ej. 60º C) o las temperaturas cumplen: SE + X < SA. La válvula mezcladora está ajustada a 45º C.

Instalaciones tipo - Acumulación solar mixta y sistema de apoyo individual S1

AGUA CALIENTE SE

SA

AGUA FRÍA DE RED

3a 3a 3

S2

AGUA CALIENTE SE

AGUA FRÍA DE RED

SA


AGUA FRÍA DE RED

Instalaciones tipo - Acumulación solar y sistema de apoyo centralizado S1

Si la temperatura T1 que marca la sonda S1 está a unos 10º C por encima de la temperatura T2 que marca la sonda S2 se ponen en marcha las bombas B1 y B2. La caldera da apoyo cuando la temperatura del acumulador 3b está por debajo de la requerida. La válvula mezcladora (11) está ajustada a 45º C. Contador ACS individual

c c

AGUA CALIENTE

c 3a

3a

3b

S2

AGUA FRÍA DE RED

Energía Solar Fotovoltaica y

Posible bypass de calentamiento anti-legionella Térmica en edificaciones

DISTRIBUCIÓN INDIVIDUAL

Instalaciones tipo - Acumulación solar centralizada y apoyo individual modulante S1

AGUA CALIENTE

Contador ACS individual

c

3a

3a

S2

AGUA FRÍA DE RED


c

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