El mayor gasto energético de una vivienda se produce en la calefacción

El hogar es un gran consumidor de agua caliente.

 

En una vivienda, los esfuerzos económicos para incluir sistemas de energía renovable tienen que ir encaminados a reducir la factura de consumo de combustible fósil que utiliza una caldera.

 

El gasto de energía para ACS es totalmente despreciable frente al gasto de energía para la calefacción de una vivienda.

 

La energía diaria necesaria para el calentamiento de 120L de agua para ACS para una vivienda de 4 personas es de 6KWh.

 

La energía diaria necesaria para la calefacción de una vivienda media puede llegar a 60KWh en los meses más fríos.

 

Es decir, utilizamos 10 veces más energía para calentar una casa que para el agua caliente de la ducha.

 

El “almacenamiento” es clave para cualquier energía renovable.

La energía generada durante el día, la tenemos que almacenar para poderla utilizar cuando la necesitemos que normalmente va a ser por la noche.

Y acumular energía eléctrica en baterías no sale económico.

Además las baterías están limitadas por unos ciclos de carga y descarga. Cuando se alcanzan este máximo número de ciclos, la batería hay que sustituirla.

 

Pero ¿por qué almacenar energía eléctrica si podemos directamente almacenar energía calorífica?

 

Podemos transformar la energía eléctrica producida por un módulo fotovoltaico directamente en calor a través de una resistencia.

Directamente, nunca mejor dicho, ya que el módulo envía energía DC al elemento calefactor sin necesidad de inversor.

 

La resistencia calentaría el agua de un acumulador y ya dispondríamos de una energía potencial acumulada para su uso en una vivienda.

 

El sistema propuesto atiende las necesidades energéticas de ACS y calefacción.

 

El consumo de energía de una caldera se produce al elevar la temperatura ambiente del agua hasta la temperatura de utilización.

Es lo que se llama el diferencial de temperatura.

 

Cuanto más pequeño sea ese diferencial, menor será el gasto energético.

 

Si precalentamos el agua con energía gratuita proveniente de fuentes renovables antes de suministrarla a la caldera, ese diferencial de temperatura será mínimo o no existirá.

 

El siguiente esquema representa como podemos realizar ese precalentamiento con energía fotovoltaica.

 

Energia Fotovoltaica para calentar agua

Energia Fotovoltaica para calentar agua

 

Cuantos más litros de agua logremos calentar, mayor será el ahorro.

Para aprovechar al máximo el recurso solar, almacenaremos el agua a una temperatura de 75ºC.

 

La instalación se ha calculado para 21 paneles de 270W.

En el caso de que utilicemos toda la radiación solar de un día sin nubes, el ahorro diario de energía es de 30Kwh en los meses más fríos con menos horas de sol.

 

Es una instalación muy simple que cualquier instalador de fotovoltaica puede realizar.

(Antes de realizar la instalación, consulte con su ayuntamiento, ya que suelen haber ayudas para instalaciones con energías renovables que reducen las emisiones de CO2.)

 

Lo más complejo es el cuadro de control y la resistencia eléctrica que tiene que estar preparada para una determinada potencia y tensión en corriente contínua.

 

Todo lo demás: el acumulador de 500l, los paneles fotovoltaicos, las válvulas (solar y la de 3 vias), los sensores de temperatura y el termostato diferencial, son elementos que se pueden encontrar fácilmente en el mercado.

 

La energía es proporcionada por módulos fotovoltaicos que transforman la energía del sol en corriente eléctrica y alimentan la resistencia eléctrica del acumulador de agua.

 

Para un sistema de precalentamiento del agua, el acumulador de agua con resistencias alimentadas con paneles fotovoltaicos se sitúa entre la caldera y el suministro de agua fría.

 

El serpentín interior del acumulador se conecta en serie con la instalación de radiadores.

 

Mediante un termostato se regula la temperatura requerida del agua hasta su temperatura máxima de 75ºC.

Al alcanzar la temperatura requerida de 75°C, el suministro de la electricidad de los módulos fotovoltaicos se corta automáticamente.

 

El cuadro de control tiene que cumplir el ITCBT24  y tiene que incluir un vigilante de aislamiento para cortar la tensión de la resistencia en caso de derivación a tierra.

Es muy importante este dispositivo. Sin este dispositivo, la instalación no estaría homologada y habria riesgo eléctrico.

 

El cuadro de control tiene que desactivar la resistencia cuando el agua en el acumulador alcance los 75ºC.

Un temostato diferencial regulará el paso por la válvula de 3 vías.

Si la temperatura en S1 es menor que en S2, el agua pasará a través del acumulador. De lo contrario, pasará directamente a la caldera.

 

La válvula mezcladora termostática para ACS será el dispositivo encargado de mezclar el agua caliente con el agua fría para evitar que el agua caliente sanitaria salga a más de 50ºC.

 

El agua ya se encuentra acumulada a 75ºC en el acumulador.

Cuando la caldera acciona la bomba para la recirculación de agua de calefacción, el agua pasa a través del serpentín del acumulador y es precalentada antes de que entre en la caldera.

Lo mismo ocurre con el ACS, el agua caliente del acumulador entra en la caldera cuando existe demanda de agua caliente en la vivienda.

 

Si el agua sale del acumulador lo suficientemente caliente para su uso, la caldera no se activará ya que esta detecta que la temperatura del agua es correcta y no precisa elevarla de temperatura.

 

Con esta nueva forma del calentamiento de agua reduciremos significativamente el consumo de energía que necesitamos para alimentar nuestra caldera: Gas, gasoil, pellet, electricidad etc… que se traducirá en un ahorro importante en nuestras facturas.

 

Si el agua no está lo suficientemente caliente, la caldera se pone en marcha para elevar el agua a la temperatura deseada.

Pero como el salto térmico es mucho más pequeño que si calentásemos el agua desde su temperatura ambiente, la caldera consume mucha menos energía.

El calentamiento de agua precalentada consume mucha menos energía que el calentamiento de agua fría

 

Este modo de energía mixta garantiza el suministro de agua caliente cuando no hay sol. Y cuando lo hay permite acumular energía durante el día para utilizarla por la noche.

El ahorro energético anual es considerable.

 

Con buen tiempo y suficiente radiación solar el agua se calienta con la electricidad procedente de los paneles.

En nuestras instalaciones en Paterna (Valencia) en los meses más fríos del año con menos radiación solar (enero y febrero), hemos sido capaces de generar entre 27.000-30.000Wh al día con 20 paneles de 270W que ocupan una superfície total de 32,5m2

 

Mes: Enero/Febrero

Horas pico al dia: 4,8

Inclinación paneles: 60º

Campo solar: 32,5m2

Potencia diaria generada: 27.000-30.000Wh

 

Para poder acumular dicha energia en agua desde 20ºC a 75ºC hemos utilizado un acumulador de 500 litros.

Esta instalación que puede generar hasta 30.000Wh diarios en los meses de invierno supone el ahorro de la mitad de la factura de energía de una vivienda de 120m2.

Además estaremos produciendo energía ecológica con cero emisiones de CO2.

El desarrollo de las energías renovables nos van a proporcionar cada vez más oportunidades de utilizar energía eléctrica gratuita y respetuosa con el medio ambiente para satisfacer las necesidades del hogar y de la industria.

 

En este último sector, el industrial, la gran superficie de cubierta que suelen disponer las naves industriales para la colocación de paneles, hace muy atractivo este desarrollo para calentamiento de agua u otros fluidos a más alta temperatura como aceite térmico.

 

Con el mismo campo solar de nuestra instalación, hemos sido capaces de acumular 30.000Wh en un depósito de aceite térmico de 200L a 350ºC.

 

Los cálculos para una instalación industrial serían proporcionales: 36 paneles supondrían un ahorro de 60Kwh diarios, 72 paneles supondrían un ahorro de 120Kwh diarios etc…

 

Son datos con paneles sin seguidor solar. Con sistema de seguidor solar, la potencia se incrementaría considerablemente.

 

 

Radiación solar, inclinación de los paneles y potencia generada

 

Hay que realizar un estudio para calcular la cantidad de agua que somos capaces de calentar con la instalación de nuestros paneles.

El agua caliente acumulada tiene que alcanzar su temperatura máxima cuando la radiación solar decrezca por la tarde. Un sistema que tenga que desconectar los paneles cuando aun reciben radiación, estará mal calculado.

 

Radiación solar anual y número de horas de sol al año:

 

mapa radiacion solar España

Mapa radiación solar España

 

Los datos de la radiación solar y horas pico de su zona se pueden obtener gracias a la herramienta PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System) proporcionada por la Comisión Europea a través de la web: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/

 

La inclinación óptima de los paneles varía en función de la latitud.

Dependiendo de cada zona, para poder obtener un mayor rendimiento de los módulos fotovoltaicos buscando la perpendicularidad de los rayos durante el máximo tiempo posible, tenemos que inclinar los paneles ciertos grados.

 

Nosotros hemos estimado que para recibir la máxima radiación solar diaria en Valencia en los meses más frios, nuestros paneles tienen que estar inclinados a 60º.

 

Se trata de una instalación que no posee ningún sistema de seguimiento solar. Se ha elegido un valor óptimo de inclinación de los paneles para una generación máxima de energía en los meses más fríos del año.

 

Para una instalación industrial en donde se busca un rendimiento durante todo el año, la inclinación sería 30º.

 

En el mapa podemos apreciar la gran diferencia de radiación solar y horas de sol anuales que existe entre unas regiones y otras. Podríamos desestimar el uso de la energía solar en zonas con menor radiación y horas de sol.

Pero con estos datos también se puede hacer la siguiente lectura:

En las zonas con menor radiación solar y con temperaturas más frías, el ahorro diario será menor pero el ahorro anual será similar al de una zona con mayor radiación solar ya que la calefacción estará conectada durante más meses.

 

Conclusiones:

La energía solar fotovoltaica constituye una de las fuentes de energías renovables con mayor potencial de crecimiento en los próximos años.

La tecnología la hemos probado en nuestras instalaciones y resulta viable incluso para el calentamiento de fluidos hasta 350ºC, temperaturas que son imposibles de alcanzar con la energía solar térmica.

Estamos ante la solución energética del futuro: una energía limpia, almacenable y, a medio plazo, más barata que los combustibles fósiles ya que este tipo de instalaciones son amortizables a medio plazo.

 

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