miércoles, 28 de agosto de 2013

Instalaciones de energía solar fotovoltaica (I)

Las instalaciones de energía solar fotovoltaica en los edificios (I)

Bases de la fotoelectricidad. Células fotovoltaicas. Sistemas autónomos y conectados.


La fotoelectricidad es la producción de una fuerza electromotriz en un dispositivo por la acción de un flujo luminoso. Se puede producir sobre sustancias sólidas, líquidas o gaseosas. Las sustancias semiconductoras más utilizadas en transición directa son el germanio, el selenuro de cobre-indio, el fosfuro de indio, el arseniuro de galio, el teluro de cadmio, el selenuro de cadmio y el sulfuro de cadmio. En transición indirecta, los semiconductores más utilizados con el silicio y el fosfuro de galio.

Tipos de células fotovoltaicas

Se fabrica tres tipos principales de células fotovoltaicas: monocristalinas, policristalinas y de silicio amorfo. Las que tienen más rendimiento son las monocristalinas (entre un 14 y un 16 %), y las que tienen menos rendimiento son las de silicio amorfo (entre un 7 y un 11%).

Los sistemas fotovoltaicos autónomos

La configuración habitual de los paneles fotovoltaicos se compone de dos vidrios planos entre los cuales se sitúa las células fotovoltaicas. En el esquema habitual de un sistema autónomo, los paneles se conectan a un regulador desde el cual se abastece directamente a los equipos que funcionen con corriente continua y a una batería. La batería se conecta a un inversor que convierte la energía en corriente alterna con la que abastecer a los equipos domésticos. Las baterías que deben formar parte de los sistemas fotovoltaicos autónomos suelen ser de tres tipos: de plomo, de níquel-cadmio y de níquel-hierro. La capacidad de acumulación es prácticamente la misma en los tres casos, pero donde sí hay diferencia es en la vida útil: las baterías más duraderas son las de níquel-cadmio (unos diez años de vida útil), mientras que las menos duraderas son las de níquel-hierro (unos dos años).

Los sistemas fotovoltaicos conectados

Cuando el sistema se mantiene conectado a la red, la batería deja de ser necesaria. En los sistemas conectados, el generador fotovoltaico se conecta a un inversor que transforma la corriente continua en alterna y abastece a un cuadro de contadores y protecciones que se conecta a la caja de embarrado, donde se recibe también la conexión desde la Caja General de Protección que recibe la conexión con la red eléctrica.
Proyectos de instalaciones en edificios











Daniel Trujillano, arquitecto

lunes, 26 de agosto de 2013

Instalaciones de energía solar térmica (V)

Las instalaciones de energía solar térmica en los edificios (V)

Método de cálculo F-Chart para paneles solares planos. Mantenimiento de instalaciones de energía solar térmica.


El método de cálculo F-Chart resulta válido en sistemas destinados a producir energía en sistemas principalmente de calefacción. Si se destina energía a la producción de Agua Caliente Sanitaria (ACS), la proporción destinada a dicha finalidad no debe exceder el 20 % del total. Además, se parte de los siguientes supuestos:
  • el fluido debe estar compuesto por un 50 % de agua y un 50 %
  • el flujo medio de circulación del fluido a través de los colectores y la capacidad del acumulador deben situarse dentro de determinados límites
  • los colectores deben estar orientados al sur, con una desviación máxima de 15 grados
  • para calefacción, la inclinación de los colectores debe corresponderse con el resultado de sumar 10 grados a la latitud, con una desviación máxima de 15 grados
  • para Agua Caliente Sanitaria (ACS), la inclinación de los colectores debe corresponderse con la latitud, con una desviación máxima de 15 grados.

Si deja de cumplirse alguna de las condiciones del método, se podrá aplicar correcciones.

Mantenimiento

El mantenimiento de las instalaciones de energía solar térmica se organiza mediante un Plan de vigilancia y un Plan de mantenimiento preventivo. El Plan de vigilancia prescribe observaciones visuales y de funcionamiento con periodicidad diaria, trimestral o semestral, dependiendo del elemento de la instalación. El Plan de mantenimiento preventivo prescribe actuaciones anuales en instalaciones con superficie de captación inferior a veinte metros cuadrados, y semestrales en instalaciones de más de 20 metros cuadrados de superficie de captación.
Proyectos de instalaciones











Daniel Trujillano, arquitecto

martes, 28 de mayo de 2013

Instalaciones de energía solar térmica (IV)

Las instalaciones de energía solar térmica en los edificios (IV)

LOE y CTE. Exenciones y pérdidas de rendimiento.


La Ley de Ordenación de la Edificación (LOE) define unos requisitos básicos destinados a garantizar la calidad de los edificios y de sus instalaciones. Entre dichos requisitos básicos se encuentra el de habitabilidad, que incluye entre sus consideraciones el ahorro de energía. El objetivo del requisito básico “ahorro de energía” consiste en conseguir un uso racional de la energía necesaria para utilizar los edificios, reduciendo a límites sostenibles su consumo, y conseguir que una parte de ese consumo proceda de fuentes de energía renovable.

El Código Técnico de la Edificación

Entre los Documentos Básicos que incluye el vigente Código Técnico de la Edificación (CTE) se incluye el que corresponde a Ahorro de energía (HE), el cual, a su vez, incluye una sección dedicada a la producción de agua caliente sanitaria por energía solar térmica: la sección HE 4. El DB HE 4 es aplicable a los edificios de cualquier uso en los que exista una demanda de Agua Caliente Sanitaria (ACS) y/o de climatización de piscina cubierta.

Exenciones al cumplimiento mínimo

El DB HE 4 define el aporte mínimo de energía solar térmica que resulta exigible en cada edificio. Sin embargo, también define exenciones al cumplimiento de la exigencia, las cuales se aplican:
  • cuando se cubre la producción mediante otras fuentes de energías renovables, cogeneración o energía residual
  • cuando el cumplimiento de la exigencia suponga sobrepasar los criterios de cálculo marcados por la normativa
  • cuando el emplazamiento del edificio no cuente con suficiente acceso al sol, por barreras externas al mismo
  • en rehabilitación de edificios, cuando existan limitaciones no subsanables, derivadas de la configuración arquitectónica existente
  • en edificios de nueva planta, cuando existan limitaciones no subsanables, derivadas de la normativa urbanística
  • cuando lo determine el órgano competente que deba dictaminar en materia de protección histórico-artística.

Las pérdidas de rendimiento

El DB HE 4 tolera ciertas pérdidas de rendimiento máximas, las cuales van en función de la modalidad de instalación de los paneles solares y de la causa que provoca las pérdidas:
  • en el caso general, que correspondería al de paneles paneles montados sobre estructuras independientes, la pérdida de rendimiento máxima que se admite es del 15 %
  • para el caso de paneles superpuestos sobre una cubierta inclinada, se admite hasta un 30 % de perdida
  • para el caso de integración arquitectónica, en el que los paneles no sólo se apoyan sobre una cubierta inclinada, sino que además sustituyen a elementos constructivos del faldón, la pérdida máxima que se admite es del 50 %.

Proyectos de instalaciones edificatorias












Daniel Trujillano, arquitecto

jueves, 16 de mayo de 2013

Instalaciones de energía solar térmica (III)


Las instalaciones de energía solar térmica en los edificios (III)

Rango de temperaturas. Sistemas de producción. Control y protección.


El rango de temperaturas de funcionamiento depende del tipo de colector:
  • para colectores sin cubierta, el rango de temperaturas oscila entre los 10 y los 40 grados centígrados
  • para colectores con cubierta simple, entre los 10 y los 60 grados centígrados
  • para colectores con cubierta doble y para colectores con cubierta selectiva, entre 10 y 80 grados centígrados
  • para colectores de tubos de vacío, entre 10 y 130 grados centígrados.

Sistemas de producción

Los sistemas más comunes para la producción de agua caliente sanitaria mediante energía solar son los siguientes:
  • una caldera mixta instantánea y un acumulador para cada vivienda
  • una caldera mixta instantánea para cada vivienda y acumulador común para todo el edificio
  • depósito acumulador de doble serpentín con apoyo mediante caldera de gas o de gasóleo
  • depósito acumulador de doble serpentín y depósito de almacenamiento de energía residual, con apoyo mediante caldera de gas o de gasóleo
  • depósito acumulador con apoyo mediante caldera mixta instantánea
  • depósito de doble serpentín abasteciendo tanto la producción de agua caliente sanitaria como el acondicionamiento de agua para una piscina.

Subsistema de control y protección

En los sistemas térmicos, el subsistema de control y protección es el que agrupa elementos como el vaso de expansión, la bombas de recirculación o los purgadores. La protección del sistema se refiere a los siguientes aspectos:
  • protección contra las heladas
  • protección contra el sobrecalentamiento.

La protección contra las heladas es necesaria siempre que la temperatura exterior pueda bajar de 0 grados centígrados. Puede disponerse mediante dos métodos:
  • mediante un sistema de vaciado de fluido
  • mediante la adición de anticongelante al fluido.

La protección contra el sobrecalentamiento se necesita siempre que la producción supera la demanda total. Puede resolverse mediante alguno de los siguientes métodos:
  • vaciado
  • sombreamiento
  • recirculación nocturna
  • disipación
  • aplicación a otros usos.

Proyecto de instalaciones en los edificios












Daniel Trujillano, arquitecto

lunes, 11 de febrero de 2013

Instalaciones de energía solar térmica (II)


Las instalaciones de energía solar térmica en los edificios (II)

Captación, intercambio y acumulación de la energía solar térmica


Los sistemas de captación se componen de uno o varios captadores interconectados. Dependiendo del modo en que se conecten y de la zona climática en la que se instalen, variará el número de captadores que se puedan conectar:
  • en sistemas conectados en paralelo, el número máximo de captadores será el que indique el fabricante
  • en sistemas conectados en serie, el número máximo de captadores será de 5 en las zonas I y II, 4 en la zona III y 3 en las zonas IV y V.

La cubierta transparente de los colectores planos

En los colectores planos, la cubierta transparente tiene las siguientes funciones principales:
  • reducir las pérdidas de energía por radiación y convección
  • crear un efecto invernadero en el interior del panel.

En función del material empleado, la cubierta puede ser:
  • de vidrio, que debe ser prácticamente transparente a la radiación solar de baja longitud de onda y opaco a la radiación emitida por el absorbente
  • de plástico.

Entre las cubiertas de vidrio, los materiales utilizados son:
  • vidrio selectivo, que no emite energía al calentarse
  • vidrio con bajo contenido en hierro, que posee mayor transmitancia y menor absorción
  • vidrio doble o triple, que presenta mayor aislamiento pero menor transmitancia.

Los colectores planos de vacío

Entre los sistemas térmicos de baja temperatura se encuentran los colectores planos de vacío. Estos colectores están compuestos por tubos de vidrio en cuyo interior se hace el vacío. Dentro de los tubos se dispone el absorbedor, rodeando total o parcialmente al tubo colector.

El sistema de intercambio de energía solar térmica

El intercambiador puede ser independiente, conectado al sistema de captación, o bien estar integrado en los captadores. Su misión es transmitir la energía captada al agua sanitaria.

El sistema de acumulación

Conectado al sistema de intercambio, un depósito acumulará el agua sanitaria calentada por el sistema de intercambio.
Proyectos de instalaciones











Daniel Trujillano, arquitecto

jueves, 7 de febrero de 2013

Instalaciones de energía solar térmica (I)


Las instalaciones de energía solar térmica en los edificios (I)

Sistemas térmicos, colectores planos, absorbedores y fluido caloportador


El aprovechamiento de la energía solar puede lograrse mediante los siguientes tipos de sistemas activos:
  • sistemas térmicos
  • sistemas termoeléctricos
  • sistemas fotovoltaicos.

Los sistemas térmicos

Los sistemas térmicos para el aprovechamiento de energía solar se clasifican en los siguientes tipos:
  • sistemas de baja temperatura, que se basan en el uso de colectores planos
  • sistemas de media temperatura, que se basan en el uso de colectores concentradores
  • sistemas de alta temperatura, que se corresponde con las centrales solares.

Los colectores planos

Existen en el mercado los siguientes tipos de colectores planos:
  • sin cubierta
  • con cubierta transparente, que sirve de tapa de una caja o carcasa dentro de la cual se dispone una cámara de aire, un absorbedor, por el que circula un fluido caloportador, y una capa aislante
  • de vacío.

Los absorbedores

El absorbedor, también llamado absorbente o superficie absorbedora, tiene la función de recibir la radiación solar, absorberla y transmitirla al fluido caloportador. Dependiendo del modo en que circula el fluido, los absorbedores pueden ser de canales abiertos o de canales cerrados, dependiendo del tipo de fluido caloportador pueden ser de aire o de agua, y dependiendo del material pueden ser:
  • de plásticos y gomas, normalmente polipropileno, en colectores sin cubierta
  • de superficies metálicas, normalmente cobre, acero o aluminio,en colectores con cubierta
  • de superficies selectivas.

De todos los materiales citados, los menos aconsejables son el aluminio y el acero galvanizado.

El fluido caloportador

La función del fluido caloportador es extraer el calor captado por el absorbedor y cederlo a un circuito secundario. El aire se utiliza raramente como fluido caloportador, debido a sus inconvenientes, que son su bajo calor específico, su baja densidad y su reducida conductividad térmica; sin embargo el aire tiene la ventaja de que con él se evita los problemas de corrosión e incrustaciones, se evita los problemas de congelación y se minimiza los problemas que causan las fugas. Normalmente, el fluido utilizado como caloportador es el agua, generalmente en dilución con anticongelantes; el agua tiene un alto calor específico, una densidad media y una conductividad térmica superior a la del aire, si bien produce problemas de corrosión e incrustaciones, puede congelarse y las fugas pueden llegar a producir lesiones en el edificio.
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Daniel Trujillano, arquitecto