Breve reseña sobre la energía solar.

Entendiendo al calor como una forma de energía asociada a la diferencia de temperatura entre dos o más cuerpos sus formas de transmisión son las siguientes:

• Conducción.Se manifiesta principalmente en los materiales sólidos. Un ejemplo es el calentamiento de agua dentro de una olla al recibir el calor que ésta le trasmite por conducción.
• Convección.Movimientos relativos entre distintas masas de un fluido. Pueden ser naturales como los desplazamientos de masas de aire de la atmósfera que originan los vientos o forzados como el enfriamiento que produce el funcionamiento de un ventilador.
• Radiación.Forma de transmisión asociada a la emisión y absorción de la energía de las ondas electromagnéticas. Dichas ondas tienen la particularidad (a diferencia de las mecánicas como el sonido) de no necesitar de un medio para su propagación. Esto hace posible que la radiación solar llegue a nuestro planeta viajando a través del espacio casi vacío que hay entre el Sol y la Tierra.

Para el aprovechamiento de la energía solar directa (ESD) se diseñan sistemas de absorción de la radiación solar.

Existen dos vertientes dentro de las ESD, a saber:

• Aprovechamiento térmico.Se aumenta la energía térmica de un fluido (líquido o gaseoso) en un elemento llamado colector solar térmico mediante la absorción de la radiación solar y el calentamiento de los elementos del mismo por donde circula ese fluido. El aumento de energía térmica del fluido se manifiesta en un cambio en la temperatura del mismo.

• Aprovechamiento fotovoltaico.A partir de la propiedad de ciertos materiales de generar una diferencia de potencial cuando son afectados por la radiación electromagnética. La energía de la radiación solar se convierte en energía eléctrica.

El elemento principal de un sistema de aprovechamiento solar térmico es el colector solar térmico (CST) dado que en él se realiza la absorción de la radiación solar con el objetivo de calentar el fluido que circula dentro del mismo.

Breve resumen acerca de la historia del aprovechamiento solar térmico.ARRIBA

Estudios arqueológicos sostienen que distintos pueblos de Europa, Asia y África usaban una versión primitiva de un CST calentando agua en vasijas de cobre expuestas al sol. Existe la historia del uso de la energía solar por parte de Arquímedes para la defensa de Siracusa ante la invasión romana. Por último lo que podría denominarse el CST moderno toma impulso a fines del siglo XIX en los Estados Unidos pero pronto desaparece al inicio de la era del petróleo. A partir de la crisis de precios de 1973 y de la toma de conciencia sobre la problemática ambiental del planeta la energía solar retoma su impulso principalmente en los países desarrollados aunque cabe aclarar que la Argentina fue uno de los primeros en establecer su propia red de estaciones de medición de radiación solar (Red Solarimétrica Nacional surgida a mediados de los años setenta). Actualmente se dispone del Atlas de Energía Solar de la República Argentina elaborado por Hugo Grossi Gallegos y Raúl Righini.

Sistemas de aprovechamiento solar térmico, descripción general.ARRIBA

Las dos principales variables interrelacionadas para un aprovechamiento integral de la energía solar son:

• La superficie de captación necesaria para cada proyecto en particular (o dicho de otra manera cantidad de CST necesarios).
• El posicionamiento de dicha superficie respecto del Sol (buscando lograr la máxima incidencia solar sobre el CST durante el día acorde con la función correspondiente).

Puede verificarse este concepto con un ejemplo sencillo; al colgar la ropa el secado de la misma es más eficiente (requiere menos tiempo) estando ésta completamente desplegada (mayor área superficial) que cuando se la pone a secar sin desplegar en forma completa (área superficial menor). Si bien el viento desempeña un papel importante en la evaporación del agua absorbida por la ropa con este ejemplo práctico se busca ilustrar sobre las características de superficie de la energía solar. A su vez el secado es más rápido orientando la ropa normalmente hacia el sol que colgándola en forma vertical.

En el caso que nos concierne (aprovechamiento solar térmico) la superficie necesaria y su posicionamiento dependen de varios factores característicos del sitio en cuestión siendo entre ellos los principales:

• Latitud.Es una coordenada geográfica que es un indicador del ángulo entre los distintos paralelos. El paralelo de referencia es el Ecuador (0°). Buenos Aires se encuentra en la latitud -34.4° (las latitudes del hemisferio sur son negativas mientras que las del hemisferio norte son positivas).
• Azimut e inclinación de la superficie.El azimut es el ángulo horizontal de la superficie respecto del norte geográfico mientras que la inclinación es el ángulo de la superficie captora (CST) respecto de la horizontal. Dependiendo de las condiciones de cada sitio de emplazamiento estos valores influyen en la energía captada por los CST durante el día.
• Altura sobre el nivel del mar.Nos indica el espesor de la atmósfera del sitio en cuestión. Cuanto más espesa es la misma (menor altura sobre el nivel del mar) más energía solar es dispersada y absorbida por los componentes de la atmósfera.
• Nubosidad promedio (cantidad de días de cielo claro, días lluviosos y días nublados).Establecido a partir de un parámetro denominado Índice de claridad Kt que es la relación entre la radiación solar sobre un plano horizontal a nivel del suelo y la radiación solar en el mismo plano horizontal a tope de atmósfera.
• Condiciones climáticas promedio (vientos, temperaturas medias, humedad relativa).
• Tipo de proyecto.
• La climatización de una piscina requiere un gran volumen de agua a calentar a una temperatura relativamente baja.
• Los sistemas de calefacción líquida requieren un menor volumen de agua a una temperatura mayor.
• La generación de agua caliente para consumo sanitario requiere una temperatura moderada y un volumen de agua también moderado comparado con los anteriores.
• Combinación de los anteriores ya sea en distintas épocas del año o en forma simultánea
• Disponibilidad de otras fuentes de energía (sean renovables o no) y posibilidad de combinación con los mismos dentro de un enfoque energético integral.
• Espacio disponible para la ubicación de los CST. Aquí entran en consideración conceptos arquitectónicos y funcionales.
• Época del año. A mayor latitud más se acentúa la diferencia entre la radiación solar disponible en verano con respecto a la de invierno.
• Proyección de sombras de elementos linderos como edificios, árboles, etc.
• Otros.

Lo indicado precedentemente no implica que el aprovechamiento solar térmico esté restringido según las condiciones expresadas, sino que es algo que depende de un cuidadoso estudio a largo plazo orientado a coordinar la necesidad energética de cada proyecto con la disponibilidad del recurso solar correspondiente en las diferentes épocas del año.

Clasificación de los sistemas de aprovechamiento solar térmico.ARRIBA

A partir del origen de la circulación del fluido:

• Sistemas de circulación natural.La circulación se produce a partir de la convección natural del agua del sistema a partir de la diferencia en sus densidades (el agua “caliente” es más “liviana” que el agua “fría”). Usado generalmente en la provisión de agua caliente sanitaria (ACS).
• Sistemas de circulación forzados.Un equipo de bombeo electrónicamente controlado realiza la circulación del fluido que atraviesa el CST. Utilizado en casi todas las aplicaciones de la energía solar térmica.

A partir del tipo de circuito:

• Circuito abierto.Se calienta el mismo fluido que va a utilizarse. Utilizado en climas templados y cálidos.
• Circuito cerrado.El fluido que se calienta tiene características anticongenlantes y mediante un intercambiador de calor cede su energía calórica al fluido de consumo. Utilizado en climas fríos en los cuales el riesgo de congelamiento es elevado.