Energía Solar Térmica y Fotovoltaica Aislada Para Pequeñas Comunidades en Perú
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Energía solar térmica en la pyme Pág. 1
Índice
0. Acerca de Enerpyme renovables................................................................ 2 1. Energía solar térmica en breve.................................................................. 5 2. Objetivos y estructura de este manual ....................................................... 6 3. Energías Renovables, una opción de futuro................................................. 8 4. Energía solar térmica............................................................................. 10 4.1. El Sol como fuente de energía ............................................................................................10 4.2. Aplicación de la energía solar térmica en la empresa.............................................................11 5. ¿Cómo es una instalación solar térmica? .................................................. 14 5.1. Sistema de captación ........................................................................................................17
5.1.1.Funcionamiento del captador solar térmico ..................................................................18 5.1.2.Tipología de Captadores ............................................................................................19 5.1.3.Criterios para la selección de captadores .....................................................................22 5.1.4.Instalación de los captadores.....................................................................................23
5.2. Sistema de Acumulación....................................................................................................25 5.3. Sistema de Intercambio.....................................................................................................26 5.4. Circuito hidráulico.............................................................................................................26 5.5. Sistema auxiliar o convencional ..........................................................................................27 5.6. Sistema de regulación y control..........................................................................................28 5.7. Principales instaladores, fabricantes y distribuidores en España ..............................................28 6. Ejemplo de aplicación de la energía solar térmica en una instalación industrial. El caso de Beirala (Sector textil) . .................................................................. 29 7. Claves de rentabilidad en una instalación solar térmica. ............................. 32 7.1. Inversión inicial ................................................................................................................32 7.2. Especificidades del proceso al que se va a aplicar .................................................................32 7.3. Irradiación solar del emplazamiento....................................................................................32 7.4. Orientación de los captadores solares..................................................................................32 8. Ayudas y Subvenciones.......................................................................... 34 8.1. Línea ICO-IDAE de Energías Renovables 2006 (Fuente: IDAE)................................................34 8.2. Ayudas y Subvenciones en Comunidades Autónomas ............................................................36 9. Bibliografía y páginas Web consultadas .................................................... 39
Energía solar térmica en la pyme Pág. 2
0. Acerca de Enerpyme renovables
¿Qué es Enerpyme Renovables?
Enerpyme renovables (www.enerpyme.es) es un programa diseñado para
fomentar el uso de energías renovables (energía solar térmica y fotovoltaica) y
cogeneración a pequeña escala (sistema de generación de alta eficiencia) en las
pymes españolas.
El programa ha sido desarrollado por la Fundación Entorno-BCSD España para
lo que ha contado con la financiación del Ministerio de Medio Ambiente.
Enerpyme forma parte, además, de la Campaña Energía Sostenible para
Europa 2005-2008 auspiciada por la Comisión Europea (www.sustenergy.org).
¿A quién va dirigido Enerpyme Renovables?
Enerpyme renovables está dirigido a todas las pymes españolas cuyas
actividades incorporen procesos a los que se puede aplicar alguna de las tres
tecnologías energéticas en las que se centra el programa.
Estos procesos1 son, fundamentalmente, calentamiento de agua y otros
fluidos, generación de vapor, y secado. Esto, en principio, hace atractivo el
programa para los siguientes sectores.
Principales sectores a los que se dirige Enerpyme Renovables
Automóviles/Galvanizado (Baños de pretratamiento) Cárnico
Conservero Corcho Curtido Hotelero Lácteo
Maderero Papelero
Supermercados Textil
Tabla 1. Sectores de actividad a los que se dirige Enerpyme Renovables
1 La energía solar fotovoltaica constituye una excepción en este sentido, dado que la posibilidad de utilizarla no depende del proceso industrial sino de otros factores: disponibilidad de espacio (suelo, tejado) con buena orientación, conexión a la red cercana, etc.
Energía solar térmica en la pyme Pág. 3
¿Qué actuaciones se han desarrollado dentro de Enerpyme Renovables?
Dentro de Enerpyme Renovables se han desarrollado dos tipos de
actuaciones:
- Herramienta electrónica. Consiste en un programa informático de fácil
utilización gracias al cual cada pyme, mediante la introducción de sencillos
datos sobre su proceso e instalación, podrá conocer la viabilidad de utilización
de cada una de las tecnologías objeto del programa.
- Manuales de energías limpias. Se han elaborado manuales específicos para
cada una de las tecnologías objeto del programa. En ellos la pyme encontrará
información acerca de cómo aplicarlas en su proceso, elementos de los que
consta la instalación, explicación sobre las claves de la rentabilidad en este
tipo de instalaciones, normativa aplicable, principales instaladores,
subvenciones, etc.
¿Por qué es interesante Enerpyme Renovables para su instalación?
El consumo energético es una cuestión cada vez más importante en la
estructura de costes de las pymes de numerosos sectores.
A ello ha contribuido el ascenso y la volatilidad del precio de los combustibles
fósiles en el mercado internacional provocado, entre otras razones, por la
inestabilidad política de los países productores o el importante crecimiento de la
demanda.
Es muy posible que la persistencia de estos factores junto a los esfuerzos
internacionales para limitar las emisiones de CO2, responsables del cambio
climático, agudicen esta tendencia en el futuro.
Por ello, las fuentes de energía renovables presentan cada vez mayor interés,
no sólo por su rentabilidad económica a medio plazo, sino por evitar que las
empresas dependan de combustibles fósiles de precio volátil.
Esta rentabilidad económica vendría dada por el ahorro en el consumo de
electricidad y combustibles que posibilitan. Además, en el caso de la solar
fotovoltaica y la cogeneración a pequeña escala, existe la posibilidad de vender a la
red la electricidad excedentaria obteniendo con ello un ingreso extra.
Todas estas ventajas, unidas al beneficio ambiental, -evitan las emisiones de
CO2-, derivado del empleo de estas tecnologías, explica su creciente aceptación.
Energía solar térmica en la pyme Pág. 4
Enerpyme Renovables acerca a la pyme española a esta nueva realidad. Los
manuales y la herramienta desarrollada no sólo les permitirán una primera toma de
contacto con los sistemas y la legislación implicados, sino realizar un primer análisis
de rentabilidad, básico para la toma de cualquier decisión.
Antecedentes de Enerpyme Renovables
La Fundación Entorno-BCSD España lanzó en 2006, con el apoyo del Ministerio
de Medio Ambiente, el programa “Enerpyme. Programa para la mejora de la
eficiencia energética en la pyme”.
Este programa se dirigió a las pymes de cinco sectores empresariales con un
consumo intensivo de energía y no afectadas por el Plan Nacional de Asignación
(granjas avícolas de puesta, invernaderos, instalaciones de fabricación de pan,
hoteles y supermercados). En él se desarrollaron herramientas electrónicas y
manuales específicos que, además de ayudar a las pymes de estos sectores a
conocer su potencial de mejora en eficiencia energética, les proporcionaba una
completa batería de medidas y buenas prácticas para lograr este objetivo.
Esta primera edición del programa incorporaba, además, un manual sobre
nuevas tecnologías que analizaba de forma somera la viabilidad de algunas
energías limpias (energía solar térmica y fotovoltaica) y la cogeneración a pequeña
escala en la pyme.
Dada su aceptación y el creciente estímulo que están recibiendo este tipo de
tecnologías, Enerpyme Renovables ha sido diseñado para avanzar en esta línea.
Energía solar térmica en la pyme Pág. 5
1. Energía solar térmica en breve
En los últimos años, la energía solar térmica (EST) se está revelando como
una tecnología viable para utilizar en instalaciones con procesos demandantes de
calor (calentamiento de agua y otros fluidos, generación de vapor y secado).
Hasta el momento su mayor implantación se ha producido en el sector
residencial para satisfacer las necesidades de agua caliente sanitaria. No obstante,
en la actualidad cada vez son más los sectores y empresas que están utilizándola
en sus procesos industriales o de prestación de servicios.
No en vano, gracias a la captación del calor solar que permite, el empleo de
esta tecnología puede reducir el consumo de otros combustibles necesarios en
los procesos de estas instalaciones, facilitando con ello un ahorro económico
significativo.
Además, los sistemas de energía solar térmica son relativamente sencillos por
lo que apenas demandan labores de mantenimiento. Con ello, su coste económico
se concentra en la inversión inicial. Ésta dependerá fundamentalmente del tamaño
del sistema a instalar, si bien para instalaciones de tamaño pequeño-medio, como
referencia se pueden tomar 1.015 €/m2.
Energía solar térmica en la pyme Procesos para los que está especialmente indicada Calentamiento de agua y otros fluidos; generación de vapor y secado.
% de energía que puede aportar
Dependerá de las condiciones del proceso, de factores climatológicos y de las características de la instalación, si bien existen pymes en las que la EST supone una contribución media anual superior al 50%.
Equipos que integran el sistema
Captadores solares, sistema de acumulación, sistema de intercambio, circuito hidráulico, sistema auxiliar, sistema de regulación y control.
Rendimiento energético del sistema
Depende fundamentalmente de la radiación solar (mayor en latitudes sureñas) y del salto de temperaturas requerido (menor rendimiento cuanto mayor es ese salto). Igualmente, diferentes tipos de captadores exhiben rendimientos distintos.
Por m2 de colector instalado 1.015 €/m2 Inversión inicial aproximada2 Por kW de potencia 1.450 €/kW
Mantenimiento Sencillo
Implantación de la Energía Solar Térmica en España.
La Energía Solar Térmica es una tecnología madura que goza de creciente aceptación en España: - Ya existe 1.000.000 m2 de colectores en operación, fundamentalmente en edificios para generar Agua Caliente Sanitaria. - El Plan de Energías Renovables aprobado por el Gobierno fija como objetivo de superficie de colectores instalada en 2010, 4.900.000 m2. - El Código Técnico de la Edificación obliga a instalar esta tecnología en edificios de nueva construcción y rehabilitados para satisfacer parte de la demanda energética para el calentamiento de agua. - Existen líneas de subvenciones para incentivar el uso de esta tecnología en la PYME a nivel nacional y por Comunidades Autónomas.
Tabla 2. Principales datos de la Energía solar Térmica
2 Costes de referencia. Fuente: Concesión de Subvenciones Administrativas de la Consejería de Infraestructuras y Transporte de la Comunidad Valenciana. Mayo 2006.
Energía solar térmica en la pyme Pág. 6
Estime la rentabilidad de una instalación de Energía Solar Térmica en su empresa.
Dentro del programa Enerpyme Renovables se ha desarrollado una herramienta electrónica con la que el usuario, mediante la introducción de sencillos datos sobre su proceso e instalación, podrá estimar la rentabilidad de incorporar esta tecnología.
Descárguela en www.enerpyme.es
2. Objetivos y estructura de este manual
Este manual se ha desarrollado para informar a la pyme sobre las
posibilidades de utilizar energía solar térmica en su actividad. Dado que el uso de
esta tecnología presenta mayores posibilidades en aquellas instalaciones que
incorporan procesos, como la demanda de calor, esta publicación va
fundamentalmente dirigida a ellas.
En ningún caso, este manual pretende constituir una guía para el desarrollo e
instalación de esta tecnología en planta, sino una primera referencia con la que los
responsables de las pymes conocerán los principales elementos que incorporan
estas instalaciones así como los criterios que determinarán su atractivo y
rentabilidad.
-Aspecto de la herramienta electrónica de Enerpyme Renovables-
Otros objetivos perseguidos por este manual son:
• Identificar los principales sectores que incorporan procesos en los que se
puede utilizar Energía Solar Térmica (EST).
• Apoyar la idea de que la EST es una tecnología plenamente desarrollada que
goza de creciente aceptación en empresas y políticas públicas.
• Informar a las pymes del ahorro económico que posibilita la utilización de
EST al sustituir parte de sus consumos de otros tipos de energía
(combustibles fósiles como diesel, gasolina, gas natural, etc.).
• Analizar los principales sistemas y equipos que incorpora una instalación de
EST.
• Mostrar las claves de la rentabilidad en este tipo de instalaciones.
• Identificar los beneficios ambientales derivados de su aplicación.
Energía solar térmica en la pyme Pág. 7
• Informar sobre las principales líneas de subvención existente para empresas
así como de las instituciones que pueden proporcionar a la pyme más
información en este sentido.
• Recopilar la legislación aplicable a este tipo de instalaciones.
Para alcanzar estos objetivos este manual incorpora los siguientes contenidos:
Capítulo ¿A qué responde?
Capítulo 3. Energías renovables, una opción de futuro
¿Cuáles son las ventajas de las energías renovables? ¿Qué apoyos están recibiendo? ¿Qué aplicación pueden tener en las pymes? ¿Qué ventajas aportan?
Capítulo 4. Energía Solar Térmica. ¿Qué es la energía solar térmica?
Capítulo 5. Aplicaciones de la energía solar térmica.
¿Para qué se puede utilizar esta tecnología? ¿Es de utilidad a las pymes?
Capítulo 6. Instalaciones solares térmicas.
¿En qué consisten este tipo de instalaciones? Funcionamiento. ¿Cuáles son los componentes principales? ¿Qué tipo de captadores hay?
Capítulo 7. Claves de rentabilidad en una instalación solar térmica.
¿Qué variables hay que analizar para estudiar la rentabilidad de una planta solar térmica?
Capítulo 8. Caso real. Descripción de un caso real de aplicación de la EST en una pyme
Capítulo 9. Ayuda y Subvenciones. ¿Existen ayudas para instalar energía solar térmica? ¿Dónde puedo encontrarlas?
Capitulo 10. Bibliografía, Fuentes y Páginas Web Consultadas.
¿Dónde se puede encontrar más información?
Tabla 3. Estructura del manual.
Energía solar térmica en la pyme Pág. 8
La economía española, muy vulnerable a la subida del petróleo.
España importa del exterior el 85% de la energía que consume.
Esta cifra, más de 30 puntos superior a la media de la UE, hace muy vulnerables a nuestra economía, así como a la de nuestras empresas, a los vaivenes del precio del petróleo.
Una mayor incorporación de fuentes de energía limpias y autóctonas como las Energías Renovables puede limitar estos riesgos.
La necesidad de reducir las emisiones de CO2.
En 2004 se emitieron en el mundo más de 26.000 millones de toneladas de CO2, fundamentalmente por la utilización de petróleo, gas natural y carbón en el transporte, en procesos industriales y de generación de energía.
La acumulación de este gas en la atmósfera ya es responsable del calentamiento del clima y otras consecuencias como un incremento de las sequías e incendios forestales, el retroceso de muchos glaciares, ascenso del nivel del mar y destrucción de playas.
Las energías renovables ya generan más de 180.000 puestos de trabajo en España.
España es líder mundial en muchas de las tecnologías de energía renovable, lo cual se ha traducido en la creación de más de 180.000 puestos de trabajo.
Se espera que en los próximos cinco años esta cifra se incremente en otros 100.000, muchos de los cuales podrían crearse en zonas tradicionalmente deprimidas (entornos rurales).
3. Energías Renovables, una opción de futuro
En los últimos años, las energías renovables están ganando aceptación entre
los responsables políticos y las empresas, conscientes de los importantes beneficios
económicos, ambientales y sociales que pueden aportar.
De hecho, la reciente escalada de los precios del petróleo y sus derivados ha
puesto de manifiesto los riesgos que, para las empresas o para las economías de
nuestros países, tiene una dependencia excesiva de una fuente de energía como
ésta, de precio volátil y proveniente de países políticamente inestables.
A ello se une su carácter contaminante. No en vano, las emisiones de CO2
producidas durante su uso se están acumulando en la atmósfera, dando lugar a
diversos cambios en el clima a nivel planetario que pueden suponer, en el corto
plazo, una grave amenaza a nuestro modo de vida así como al marco en el que las
empresas desarrollan su actividad.
Es indispensable, por tanto, lograr un modelo de producción y utilización de la
energía que dé mayor estabilidad a nuestra economía y haga más competitivas a
nuestras empresas. Un modelo que además proteja el medio ambiente y suponga
otras ventajas como la generación del gran volumen de empleo que ya están
permitiendo las energías renovables.
-Algunas razones económicas, ambientales y sociales para impulsar las E. Renovables-
Energía solar térmica en la pyme Pág. 9
Por todo lo anterior, los países más industrializados han empezado, y deben
continuar apostando por el uso de las energías renovables.
En lo que respecta a la energía solar térmica, el Gobierno Español
consciente de sus ventajas, ha incluido en el nuevo Código Técnico de la Edificación
(CTE) la obligación de instalar sistemas solares térmicos en las viviendas de nueva
construcción para el suministro de Agua Caliente Sanitaria.
Políticas como ésta dan muestra del gran desarrollo que alcanzará la energía
solar térmica en los próximos años, desarrollo del que no debe quedar apartado el
sector empresarial. No en vano, su demanda de energía térmica supone casi un
tercio del consumo energético total en los países del Sur de Europa, consumo que
podría ser satisfecho en gran parte por la energía solar térmica dando lugar a
importantes ahorros económicos, entre otras ventajas.
Algunas ventajas de la utilización de Energía Solar Térmica en Pymes
� Ventajas fiscales por la instalación de tecnologías renovables (hasta un 10%
de la inversión realizada según la ley 24/2001).
� Ahorro económico por la disminución del uso de combustibles fósiles en la
instalación. La rentabilidad de la instalación puede alcanzar un 9%
considerando un plazo de 20-25 años.
� Instalaciones con una vida media considerable (20 años) que requieren pocas
labores de mantenimiento (los gastos de mantenimiento equivalen por
término medio a un 4-10% de los ahorros económicos que produce la
instalación).
� Menor dependencia de otras fuentes de energía (combustibles fósiles) con
precio volátil y sometidas a una creciente escasez.
� Reducción de las emisiones contaminantes a la atmósfera, lo que redundará
en menores dificultades para el cumplimiento de la legislación implicada.
� Posibilidad de diferenciación ante los competidores por el uso de una
tecnología ambientalmente respetuosa.
Energía solar térmica en la pyme Pág. 10
4. Energía solar térmica
4.1. El Sol como fuente de energía
Cada hora, la Tierra recibe3 del Sol más de 174 millones de GWh, cantidad
que permitiría satisfacer 5.000 veces el consumo diario eléctrico mundial.
Parte de esta energía puede ser aprovechada por el hombre para la
generación de calor y electricidad de forma limpia, gratuita e inagotable. Se
distinguen, por ello, dos tipos de aprovechamiento de la energía solar:
• Energía Solar Fotovoltaica: La radiación solar se utiliza exclusivamente
para generar electricidad a través de células fotovoltaicas.
• Energía Solar Térmica: La radiación solar se utiliza para calentar un fluido
por medio de captadores solares4.
España presenta excelentes condiciones para el desarrollo de ambas energías.
No en vano, es uno de los países europeos que recibe mayor cantidad de radiación
solar debido a su situación geográfica y su climatología.
Figura 1. Mapa de radiación solar en España. La cifra5 superior indica la energía anual incidente en
kWh/m2 de superficie horizontal, y la cifra inferior indica el número de horas de sol anuales. (Fuente:
CENSOLAR, Centro de estudios de la energía solar y elaboración propia).
3 Fuente: http://www.windpower.org 4 Hay otras formas de utilización de la energía solar que quedan fuera del ámbito de las pymes y, por tanto, de este manual.
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4.2. Aplicación de la energía solar térmica en la empresa
El aprovechamiento de la energía solar térmica consiste en la captación del
calor de la radiación solar a través de los captadores solares térmicos y su posterior
transferencia a un medio portador de calor, generalmente agua.
Como se comentó anteriormente, existe gran demanda de calor en algunos
procesos industriales y de prestación de servicios, en los que la energía solar
térmica puede constituir una alternativa muy atractiva.
Desde el punto de vista técnico, la aplicación de la energía solar térmica en la
industria y en el sector servicios presenta gran potencial en aquellos procesos que
requieren una temperatura comprendida entre 40-100ºC, pudiendo llegar, en
ocasiones, hasta los 150ºC. Esta demanda se cifra actualmente entre el 4 y el 5%
de la demanda de energía total en los países del sur de Europa.
En el siguiente gráfico se indican a modo de ejemplo las demandas de calor en
algunos procesos industriales.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Alimentario Vinos y bebidas Papelero Textil
Sector industrial
Temperatura baja (<60ºC) Temperatura media (60ºC>T<160ºC)
Temperatura alta (>160ºC)
Figura 2. Porcentaje de la demanda de calor total en algunos sectores industriales por rangos de
temperatura (Fuente: POSHIP 2001).
En aquellos casos en los que la temperatura de proceso es superior a la
alcanzable por la energía solar térmica, ésta podría ser utilizada para el
precalentamiento del fluido, complementando así a las fuentes de energía
convencional utilizadas.
5 Las medidas suelen estar referidas a la capital, por lo que los valores para otros puntos de la provincia pueden ser diferentes.
Energía solar térmica en la pyme Pág. 12
Las condiciones más favorables para la aplicación de energía solar térmica en
procesos industriales y en el sector servicios se dan cuando la demanda de calor es
continua durante las horas de mayor insolación.
Según estas características, algunos procesos y sectores en los que se puede
utilizar esta tecnología son los siguientes:
Sector Proceso Fluido Temp. (ºC)
Cárnico Escaldado Agua 80
Cárnico Limpieza de instalaciones Agua 40
Cárnico Cocción Agua 100
Cervecero Baño de agua Agua 25
Cervecero Baño de agua caliente Agua 30
Cervecero Preenjuagado Botellas Agua 35
Cervecero 1º baño botellas con sosa caústica (20%)
Sosa caústica 60
Cervecero Secado Aire 60
Cervecero Pasteurización Agua 70
Cervecero Maceración Vapor 70
Cervecero Molturación de la malta Agua 80
Cervecero 2º baño botellas sosa caústica (30%) Sosa caústica 80
Cervecero Tostación Aire 85
Cervecero Cocción Vapor 100
Conservas pescado Cocción Vapor 110
Conservas vegetales Escaldado Vapor 100
Conservas vegetales Esterilización Vapor 125
Productos Elaboración infantil
Cocción Agua 98
Productos Elaboración infantil
Esterilización Vapor 125
Corcho Almacenamiento corteza Aire 45
Corcho Deshumidificación Aire 55
Corcho Bombeo Agua 70
Corcho Hervor Agua 100
Corcho Procesamiento compuestos Aire 150
Curtido Pelambre Agua 37
Curtido Curtido Vegetal Productos orgánicos 40
Curtido Curtido Vegetal Sales de cromo 40
Curtido Tintura Agua 60
Curtido 3º baño botellas sosa caústica (20%) Sosa caústica 65
Curtido Engrase Agua + Materias Grasas solubles
70
Hoteles Agua caliente sanitaria Agua 60
Industria auxiliar Automóvil
Baños Líquidos (Limpieza y desengrasado)
Agua 55
Lácteo Pasteurización (LTLT) Agua 65
Lácteo Pasteurización (HTST) Agua 85
Lácteo Uperización Vapor 148
Energía solar térmica en la pyme Pág. 13
Sector Proceso Fluido Temp.
(ºC)
Lácteo Esterilización UHT Agua 150
Lácteo Deshidratación Aire caliente 180
Maderero Secado Aire caliente 80
Papelero Blanqueo Agua +Sosa + Dióxido de Cloro
70
Papelero Secado de la pasta Vapor 135
Papelero Cocción Vapor 180
Textil Lavado Vapor 98
Textil Secado Vapor 120
Tabla 4. Principales sectores y procesos en los que se puede aplicar energía solar térmica. (Fuente:
Calor Solar para Procesos Industriales POSHIP 2001).
Energía solar térmica en la pyme Pág. 14
5. ¿Cómo es una instalación solar térmica?
Las instalaciones solares térmicas son sistemas silenciosos y limpios, con un
número mínimo de partes móviles, por lo que tienen larga vida útil. Generan
energía allí donde se necesita y sin requerir de grandes infraestructuras para su
transporte.
Su funcionamiento, como se ha comentado previamente, se basa en la
captación del calor presente en la radiación solar y su posterior transferencia a un
fluido (fluido caloportador).
Existe la posibilidad de almacenar dicha energía térmica (mediante un
acumulador) o bien transferirla mediante un intercambiador de calor al fluido de
consumo para su utilización.
¿De qué elementos consta una instalación solar térmica?
Una instalación solar térmica está constituida fundamentalmente por los
siguientes elementos:
a) Sistema de Captación.
b) Sistema de Intercambio. (Puede existir o no según el tipo de
instalación)
c) Sistema de Acumulación. (Puede existir o no según el tipo de
instalación)
d) Circuito auxiliar o convencional.
Figura 3. Esquema básico de una instalación solar térmica cerrada. (Fuente: Sociedad para el
Desarrollo Energético de Andalucía. 2004)
Energía solar térmica en la pyme Pág. 15
Tipos de instalaciones solares térmicas
Las instalaciones solares térmicas se pueden clasificar de diferentes formas. A
continuación se indican las dos más comunes: según el sistema de intercambio de
calor que posean o según el tipo de circulación del fluido caloportador en el
sistema:
Tipos de instalaciones solares térmicas
Según el sistema de intercambio de calor que posean...
Abierto El fluido que es calentado en los captadores es el empleado en el proceso sin necesidad de ningún intercambiador.
Cerrado
Es el tipo de instalación más común y con mayor potencial de utilización en pymes. Emplea dos circuitos separados por un intercambiador. Por uno circula el fluido caloportador y por el otro el fluido de consumo que se utiliza en el proceso. Esta configuración permite elegir en el circuito primario el fluido de trabajo más adecuado.
Según el tipo de circulación del fluido...
Natural
El fluido caloportador circula de forma natural, pues al aumentar su temperatura disminuye su densidad y tiende a subir, ocurriendo lo contrario cuando disminuye su temperatura. De esta forma se establece una circulación natural en el captador haciendo que el fluido circule a través de él.
Forzada La circulación del fluido es impulsada por bombas.
Tabla 4. Tipos de instalaciones solares térmicas. (Fuente: Energía Solar Térmica. Sociedad para el
Desarrollo Energético de Andalucía. 2004)
En la siguiente tabla se muestra de forma esquemática las ventajas e
inconvenientes derivadas de cada una de estas configuraciones:
Tipo Circuito Ventajas Desventajas Consideraciones
Abierto - Sencillo - Buen rendimiento térmico
- Imprescindible que no existan contaminantes - Riesgo de corrosión de tuberías - No previene congelación
Cerrado - Posibilidad de elegir el fluido más adecuado - Más caro y complejo
- Más utilizado para generar Agua Caliente Sanitaria
Tipo Circulación
Fluido Ventajas Desventajas Consideraciones
Natural - Simple - Eficiente - Bajo Coste
- Menores posibilidades de regulación - Necesidad de instalar un purgador o vaso de expansión
- El acumulador debe situarse encima del colector solar
Forzada - Posibilidad de regulación del caudal a través de las bombas.
- Consumo de electricidad por la utilización de bombas
Tabla 5. Posibles configuraciones en una instalación solar térmica (Fuente: Sociedad para el Desarrollo Energético de Andalucía. 2004)
Energía solar térmica en la pyme Pág. 16
De las configuraciones anteriormente mostradas la más típica para pymes
es la constituida por un circuito cerrado y circulación forzada.
En ésta el fluido caloportador se calienta a su paso por los captadores solares.
A continuación, avanza por el circuito primario hasta llegar al intercambiador,
donde transfiere su calor al fluido secundario, o de consumo. Una vez transferido
este calor, el fluido caloportador vuelve a los captadores reiniciándose el ciclo.
El fluido de consumo, ya caliente, es almacenado en el sistema de
acumulación dispuesto para ser utilizado. Si este fluido no dispusiera de la
temperatura necesaria, un sistema auxiliar de energía sería el encargado de
proporcionársela a través de un calentamiento adicional.
En la siguiente tabla se pueden observar las ventajas y desventajas de los
fluidos caloportadores más comunes:
Posibles Fluidos (Caloportadores)
Ventajas Inconvenientes
Agua Natural - Puede utilizarse en sistemas de circuito Abierto
- Riesgo de congelación /ebullición
Agua + Anticongelante - Evita congelaciones - Disminuye su capacidad para absorber calor
Fluido Orgánico - Protegen el circuito primario de congelaciones y ebulliciones al ser estables a altas temperaturas
Aceite de Silicona
- Muy estable en cualquier rango de temperaturas - No tóxico - No Inflamable
- Elevado Coste
Tabla 6. Ventajas y desventajas de diversos fluidos caloportadores (Fuente: Energía Solar Térmica en la
Comunidad de Madrid. Cámara Oficial de Comercio e Industria de Madrid. (2006)
Energía solar térmica en la pyme Pág. 17
5.1. Sistema de captación
El sistema de captación de un sistema solar térmico está constituido por una
serie de captadores solares individuales conectados entre si.
Su misión fundamental es la de captar la radiación solar y convertir ésta en
energía térmica, la cual se emplea para calentar el fluido utilizado en el proceso (en
el caso de un sistema abierto) o el fluido caloportador (en el caso del sistema
cerrado).
Los componentes de los que consta un captador solar típico (captador solar
plano) son: (Ver Figura 4)
• Caja exterior con aislamiento en los laterales y en el fondo.
• Cubierta transparente situada en la cara frontal del captador. Con frecuencia
está hecha de vidrio, que presenta menor vulnerabilidad a los agentes
atmosféricos, si bien se pueden utilizar otros materiales como plásticos.
• Absorbedor metálico que transforma la radiación solar en energía térmica y la
transmite al fluido caloportador que circula por su interior.
Figura 4. Componentes de un captador solar plano (Fuente: Manual de cálculo y diseño de instalaciones
de producción de agua caliente sanitaria en edificaciones de viviendas mediante energía solar y apoyo
individual a gas natural. Gas Natural. 2004).
Cubierta Transparente
Absorbedor metálico (*)
Caja
Aislamiento
Cubierta Transparente
Caja
Aislamiento
Absorbedor metálico (*) (*) El fluido caloportador circula por
los tubos integrados en él
Energía solar térmica en la pyme Pág. 18
5.1.1. Funcionamiento del captador solar térmico
Cuando la radiación solar incide en el captador atraviesa su cubierta
transparente llegando al absorbedor (placa metálica de color negro en su interior),
calentándolo.
La existencia de la cubierta transparente impide que, la radiación infrarroja
que el absorbedor re-emite al calentarse se pierda, aumentando con ello la
eficiencia global del captador.
Por tanto, los captadores solares térmicos se basan en la combinación de dos
efectos:
• La capacidad de los materiales de color oscuro (absorbedor) para no reflejar
los rayos del sol y por tanto alcanzar una mayor temperatura.
• El efecto invernadero generado por el vidrio (el vidrio al ser opaco a la
radiación infrarroja, la retiene).
De esta forma, hasta un 66% de la energía térmica contenida en la radiación
solar puede alcanzar los tubos a través de los que circula el fluido caloportador. Es
interesante que estos recorran la máxima distancia posible dentro del absorbedor
para lograr un mayor calentamiento.
El resto de la energía, se pierde por conducción, convección o radiación.
Radiación Total
Radiación Reflejada
(10%)
Pérdidas por Radiación
(8%)Cubierta
Transparente
Pérdidas por Convección
(12%)Placa Absorbente
Pérdidas por Conducción
(4%)
Tubo
66%58%
8%
Radiación Total
Radiación Reflejada
(10%)
Pérdidas por Radiación
(8%)Cubierta
Transparente
Pérdidas por Convección
(12%)Placa Absorbente
Pérdidas por Conducción
(4%)
Tubo
66%58%
8%
Figura 5. Balance energético de un captador solar plano. (Fuente: Energía Solar Térmica en la
Comunidad Autónoma de Murcia. Comunidad Autónoma de Murcia. 2002).
Energía solar térmica en la pyme Pág. 19
El efecto de estas pérdidas se traduce en una disminución del rendimiento del
captador, siendo en general, más importantes a medida que se incrementa la
temperatura del fluido caloportador.
No obstante, este proceso de pérdida de energía se detiene a una temperatura
determinada, específica de cada captador, en la que la energía que capta es igual a
la que se pierde. Esta temperatura es la temperatura de estancamiento o de
equilibrio del captador.
5.1.2. Tipología de Captadores
En función de la aplicación final que se le vaya a dar a la instalación variará el
tipo de captador solar a utilizar.
La selección del tipo de captador adecuado dependerá principalmente de la
temperatura de trabajo deseada así como de las condiciones climáticas.
En general, a mayores temperaturas, el diseño de los captadores así como el
de la instalación global será más complejo.
A continuación se indican los tipos de captadores más comunes.
Captadores sin concentración
Son aquellos que no poseen ningún método de concentración de los rayos
solares por lo que la relación entre su superficie y la superficie real de absorción es
prácticamente la unidad.
Estos captadores no son capaces de alcanzar temperaturas superiores a los
130-150ºC denominándoselos, por ello, captadores de baja temperatura.
Según el material que los compone y la técnica de captación de la radiación
empleada se pueden distinguir los siguientes tipos:
Captadores de placa plana
Son el tipo más sencillo que existe y más comúnmente utilizado. Están
indicados para aplicaciones que requieren un fluido a baja temperatura (menor de
60ºC -80 ºC), por ello se suelen utilizar para procesos como:
• Obtención de agua caliente sanitaria
• Calefacción por suelo radiante
Y en el caso de la industria para:
• Limpieza y Lavado
• Precalentamiento de fluidos
Energía solar térmica en la pyme Pág. 20
Figura 6. Partes de un captador solar de placa plana. Fuente: Ficha técnica captador solar plano.
Fuentes: Junkers y Disol. 2005.
Como se señaló anteriormente, estos captadores presentan una serie de
pérdidas caloríficas para cuya disminución se han desarrollado diversas mejoras:
• Instalación de revestimientos realizados con materiales absorbentes
selectivos frente a absorbentes no selectivos (Ver Figura 4 para situar el
absorbedor en el captador).
Estos revestimientos selectivos permiten reducir las pérdidas por irradiación y
presentan un menor deterioro con el paso del tiempo.
• Captadores con doble cubierta. Son aconsejables en zonas con alta
radiación, baja temperatura y fuerte viento, pues disminuyen las pérdidas por
convección.
Normalmente la doble cubierta es una película transparente colocada detrás
de la cubierta de vidrio, siendo el mejor material para ello el Teflón.
• Captador de tubos de vacío. Su principio de funcionamiento es el mismo
que en el caso anterior, con la salvedad de que el vidrio exterior es sustituido
por unos tubos metálicos, dentro de los cuáles se ha hecho el vacío.
En el interior de estos se dispone el tubo de metal por el que circula el fluido
caloportador. Al estar rodeado de un medio en el que se ha hecho el vacío, se
aprovecha más la radiación incidente (se reduce la transmisión de calor al
exterior).
Imagen real de un captador solar de placa plana
Elementos del Captador Solar Placa Plana
1.- Caja hermética
2.- Acristalamiento
3.- Tubos conductores del fluido caloportador
4.- Aislante
Imagen real de un captador solar de placa plana
Elementos del Captador Solar Placa Plana
1.- Caja hermética
2.- Acristalamiento
3.- Tubos conductores del fluido caloportador
4.- Aislante
Energía solar térmica en la pyme Pág. 21
Figura 7. Partes se un captador solar plano de tubo de vacío. Fuentes: Guía de Energía Solar. Caja
Madrid. Obra Social. Madrid (2006). Teknosolar.
Los captadores de tubos de vacío permiten alcanzar temperaturas superiores
a los de placa plana (100ºC-150ºC).
Su uso es recomendable para generación de agua caliente para procesos
industriales o bien para el precalentamiento del fluido de entrada a la caldera.
También son adecuados para climas con poca radiación solar disponible.
Captadores con concentración
Los captadores con concentración utilizan sistemas especiales con el fin de
aumentar la intensidad de la radiación solar sobre la superficie absorbente.
Este tipo de captadores no se utilizan habitualmente en la pequeña y mediana
empresa por ello, la información incluida a continuación lo hace simplemente a
título descriptivo.
Captadores cilindro-parabólicos
Estos captadores utilizan espejos parabólicos para concentrar la radiación que
reciben en un punto, llamado foco.
Se construyen en forma de sectores cilíndricos, y en el foco lineal (Ver Figura
8) se coloca la tubería que contiene el fluido a calentar, normalmente aceite, cuyo
calor se transmite luego al medio que se desee.
Imagen real de un captador solar plano de tubo de vacío
Elementos del captador solar plano de tubo de vacío
Placa de absorción
Tubo de vidrio
Chapa reflectante
Conducto de circulación del fluido caloportadorVacío del interior
del tubo de vidrio. (Impide las pérdidas de
calor)
Imagen real de un captador solar plano de tubo de vacío
Elementos del captador solar plano de tubo de vacío
Placa de absorción
Tubo de vidrio
Chapa reflectante
Conducto de circulación del fluido caloportadorVacío del interior
del tubo de vidrio. (Impide las pérdidas de
calor)
Placa de absorción
Tubo de vidrio
Chapa reflectante
Conducto de circulación del fluido caloportador
Tubo de vidrio
Chapa reflectante
Conducto de circulación del fluido caloportadorVacío del interior
del tubo de vidrio. (Impide las pérdidas de
calor)
Energía solar térmica en la pyme Pág. 22
Alcanzan temperaturas comprendidas entre 100ºC y 500 ºC (media y alta
temperatura) y suelen utilizarse para generar vapor a presión. Este vapor generado
se utiliza habitualmente para hacer girar una turbina y producir electricidad.
Figura 8. Partes de un captador cilindro parabólico. Fuente: Guía de Energía Solar. Caja Madrid. Obra
Social. Madrid 2006.
5.1.3. Criterios para la selección de captadores
El criterio fundamental a la hora de seleccionar el captador solar térmico más
adecuado es el de temperatura de trabajo a la que se va a emplear el fluido
calentado.
En este sentido, para temperaturas superiores a 100 ºC, los captadores más
adecuados serían los de tubo de vacío y los cilindro-parabólicos mientras que para
temperaturas medias por debajo de 100ºC, podrían utilizarse los captadores de
placa plana, ya sean los básicos o los mejorados.
Tipo de Captador Rango de Temperatura (ºC)
Captador Placa Plana 80
Captador Tubo de Vacío 100
Captador Cilíndrico Parabólico 100-500
Tabla 7. Rango de temperaturas en función del tipo de captador (Fuente: Calor Solar para Procesos
Industriales POSHIP 2001).
La parábola concentra los rayos del sol en la tubería que contiene el fluido
Imagen real de un captador solar cilindro parabólico
Elementos del captador solar cilindro parabólico
Tubería
La parábola concentra los rayos del sol en la tubería que contiene el fluido
Imagen real de un captador solar cilindro parabólico
Elementos del captador solar cilindro parabólico
Tubería
Energía solar térmica en la pyme Pág. 23
Algunos consejos generales a la hora de elegir un buen captador solar son los
siguientes:
- La cubierta ha de se preferiblemente de vidrio ya que las de plástico son
deformables y aguantan peor sobrecalentamientos.
- El revestimiento del absorbedor ha de ser a través de superficies selectivas.
- El captador ha de poseer una carcasa sólida resistencia a corrosiones, viento,
variaciones de temperatura etc.
5.1.4. Instalación de los captadores
La implantación de los captadores solares se suele realizar sobre la cubierta
de la instalación, la cual puede ser plana o inclinada. En este ultimo caso las
opciones para implantarlos suele estar limitada a la/s vertiente/s mejor orientada/s.
Los factores a considerar a la hora de situar los captadores son los siguientes:
• Situar los captadores dentro de las zonas soleadas disponibles.
• Instalarlos de modo que sean accesibles para la realización de operaciones de
mantenimiento.
Orientación
La orientación óptima de los captadores solares es el sur6 geográfico. Las
desviaciones de hasta 25º hacia el Este o hacia el Oeste no tienen una influencia
significativa sobre la producción de energía solar anual.
Inclinación
La inclinación óptima de los captadores solares depende de la latitud del lugar
y de la estacionalidad de la demanda.
El máximo aprovechamiento se logra con una inclinación de los captadores
similar a la latitud del lugar, permitiéndose una desviación de ±10º.
De forma general se puede decir que no existe una gran influencia de los
valores de la orientación y la inclinación en amplios rangos alrededor de los valores
óptimos comentados anteriormente sobre la radiación solar anual incidente.
Separación entre los captadores
Los captadores no se suelen instalar de forma separada, sino agrupándolos en
baterías, con ello se reduce el número de accesorios a utilizar por captador y, por
tanto, su coste.
6 El sur geográfico no coincide con el magnético.
Energía solar térmica en la pyme Pág. 24
La distancia entre los grupos de captadores situados en línea tiene que ser
suficiente para permitir la ejecución de las conexiones entre tuberías y captadores y
la instalación de elementos necesarios de reglaje y control. Evitando siempre la
proyección de sombras entre filas de captadores consecutivas.
También deben separarse lo suficiente de los obstáculos próximos que puedan
proyectar sombras sobre ellos, como pueden ser chimeneas, otras filas de
captadores, etc.
Figura 9. Esquema de la posición de los captadores solares.
Mantenimiento
Aunque las instalaciones solares térmicas no precisan de un mantenimiento
complejo, es muy importante realizar correctamente el mismo para de este modo
asegurar el óptimo funcionamiento de la instalación.
Dicho mantenimiento se deberá realizar de forma periódica, siempre por
personal técnico competente y adecuadamente formado:
● Semestralmente en el caso de instalaciones solares térmicas de más de 20 m2
de captadores solares.
● Anualmente en instalaciones de menos de 20 m2 de captadores solares.
Estas acciones de mantenimiento consisten fundamentalmente en:
• Limpieza de la cubierta de los captadores solares en caso de ser necesario y
comprobación de su buen funcionamiento.
• Comprobación de la presión del circuito.
• Verificación del funcionamiento de los sistemas de regulación y sistema de
apoyo.
• Purga de aire de sistemas hidráulicos.
Energía solar térmica en la pyme Pág. 25
• Comprobación del funcionamiento del intercambiador y del sistema eléctrico
de la instalación.
• Mantener al día el Libro de Mantenimiento de la instalación.
5.2. Sistema de Acumulación
La energía solar térmica posee un carácter variable en función de la hora del
día, la estación del año y la climatología.
Por ello, es posible que, en ocasiones, existan desajustes entre la demanda de
calor en el proceso y su producción en los captadores solares.
En aquellos casos en los que la producción de calor sea excedentaria (horas
de elevada radiación) se puede almacenar parte utilizando un sistema de
acumulación. No obstante, este almacenamiento debe ser sólo transitorio.
El almacenamiento también puede resultar necesario si existen fuertes
fluctuaciones en la demanda de calor del proceso durante los períodos de
funcionamiento, por ejemplo por picos de demanda o interrupciones cortas en el
funcionamiento, etc.
Este almacenamiento se suele llevar a cabo en depósitos, preferiblemente
verticales, con una relación altura/diámetro elevada, en los que queda almacenado
el fluido a alta temperatura.
La dimensión de los depósitos de almacenamiento deberá ser proporcional a
las necesidades de calor estimadas de la instalación.
Figura 10. Acumulador solar. Fuente: Donauer Solar.
Energía solar térmica en la pyme Pág. 26
El dimensionamiento de los acumuladores depende de:
• Nivel de cobertura con energía solar de la demanda de la instalación. A
mayor nivel de cobertura, mayor acumulación.
• El perfil de consumo de la instalación. Si se realizan paradas durante el
proceso industrial, por ejemplo durante el fin de semana, el sistema se puede
diseñar considerando el almacenamiento de la energía en forma de fluido
caliente producido durante estas interrupciones.
El interés de que la relación altura/diámetro de estos depósitos sea elevada se
debe a que así se ve favorecida la estratificación de temperaturas en el interior del
mismo. La diferencia de densidades entre el agua caliente (arriba) y el agua fría
(abajo) incrementa el rendimiento de los captadores solares en el caso de circuitos
abiertos por cuanto recircula al captador el fluido con menor temperatura.
5.3. Sistema de Intercambio
El sistema de intercambio está únicamente presente en sistemas cerrados.
Su función principal es trasmitir la energía térmica recogida en el sistema
primario, a través del fluido caloportador, al fluido utilizado en el proceso.
Cuanto mayor sea la eficacia del intercambiador de calor, mayor cantidad de
calor pasará al fluido secundario y menor será la temperatura del fluido que retorna
a los captadores.
Esta disposición con dos circuitos e intercambiador será de obligada utilización
en aquellas zonas en las que la calidad del agua sea baja (agua dura con riesgo de
incrustaciones calcáreas).
5.4. Circuito hidráulico
Cualquier sistema solar térmico constituye en sí mismo una instalación
hidráulica.
Sus principales elementos son los siguientes:
• Tuberías.
• Bombas.
• Válvulas.
• Vasos de expansión. Su principal función es la de absorber las dilataciones del
fluido caloportador debidas al aumento de temperatura.
Energía solar térmica en la pyme Pág. 27
• Válvulas de seguridad. Todos los circuitos sometidos a presión y a variaciones
de temperatura deben incorporar este tipo de válvulas como elemento
limitador de la presión a la que puedan estar sometidos los circuitos.
• Purga de aire. Este sistema elimina el aire contenido en el fluido caloportador
del circuito. De esa manera se facilita la circulación del fluido por el sistema y
se reduce la corrosión.
Estas purgas se sitúan preferentemente en los puntos más altos del circuito y
en los tramos horizontales.
• Drenaje. Permite vaciar el circuito en momentos de necesidad: heladas,
reparaciones, etc.
5.5. Sistema auxiliar o convencional
Cualquier instalación solar térmica debe incorporar un sistema energético
convencional de apoyo (caldera de gas natural, diesel, etc.) para cubrir la demanda
durante aquellos períodos en los que el sistema solar por sí solo no sea capaz de
cubrirla completamente por motivos como:
• Climatología adversa
• Meses con poca radiación solar
• Horas del día de baja radiación
• Puntas de consumo
A continuación se muestra a modo de ejemplo un gráfico del porcentaje de
cobertura de la energía solar del total de la demanda en una empresa del sector
conservero.
Porcentaje de energía demandada cubierta con EST
36,90%
50,57%
68,75%
8,20%
20,87%
41,10%
75,79%
86,79%85,24%
42,71%
13,41%3,71%
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
70,00%
80,00%
90,00%
100,00%
Ener
o
Febr
ero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agos
to
Sept
iem
bre
Octub
re
Novie
mbr
e
Diciem
bre
Figura 11: Grado de cobertura (%) de la demanda de calor en una instalación solar térmica. (Fuente:
Elaboración propia sobre la base de datos típica de una industria conservera).
Energía solar térmica en la pyme Pág. 28
El dimensionado del sistema auxiliar ha de realizarse suponiendo que no se
cuenta con la instalación solar térmica. Una vez diseñado, el método más sencillo y
eficaz para integrar ambos es la conexión en serie de su producción.
Los sistemas de captación solar térmica son compatibles con cualquier sistema
convencional.
5.6. Sistema de regulación y control
Su función es asegurar el correcto funcionamiento de la instalación solar,
impulsando o deteniendo la circulación del fluido en el circuito primario.
Este sistema al estar automatizado no requiere la intervención del usuario.
Figura 12. Regulador solar. Fuente: Junkers.
5.7. Principales instaladores, fabricantes y distribuidores en España
En España existen una gran cantidad de empresas dedicadas a fabricar,
instalar y distribuir equipos de energía solar térmica, las cuales le podrán asesorar
sobre las necesidades y equipamientos óptimos para su instalación.
En las siguientes páginas web podrá encontrar diferentes listados de estas
empresas:
http://www.asit-solar.com/miembros.htm
http://www.portalsolar.com/empresas-energia-solar.php
Energía solar térmica en la pyme Pág. 29
6. Ejemplo de aplicación de la energía solar térmica en una instalación
industrial. El caso de Beirala (Sector textil) (Fuente: Calor Solar para Procesos
Industriales POSHIP (2001).
Beirala es una factoría textil con 221 empleados que produce ropa y paños de
lana. Están especializados en productos de buena calidad orientados tanto al
mercado nacional como internacional.
Beirala es una antigua industria que está siendo remodelada para incrementar
su nivel de producción por lo que está redimensionando sus instalaciones. En este
proceso, los propietarios están convencidos de las ventajas de tomar diversas
medidas en el plano energético, como una mayor eficiencia en su uso, por ejemplo
recuperando parte del calor producido en sus procesos para utilizarlo en otros
puntos y cambiando a fuentes energéticas más limpias.
Por el momento, Beirala utiliza un fuel pesado. No obstante, las posibilidades
de cambio se ven limitadas por estar ubicada en un polígono industrial en el que no
hay acceso a la red de gas natural. De igual forma, un posible cambio a propano se
descarta por la carestía que conllevaría tener que transportarlo hasta la instalación.
Antes de adoptar cualquier medida, los responsables de la instalación han
caracterizado perfectamente sus procesos, régimen de trabajo y cómo afecta esto
al consumo de energía.
Por una parte, la industria está operativa durante todo el año, exceptuando
los 20 días que cierran por vacaciones.
Su demanda energética se reparte entre calor y electricidad. Electricidad para
el funcionamiento de máquinas textiles y aire acondicionado, y calor para los
procesos de tintura y limpieza que necesitan agua a 180ºC y 14 bares de presión.
Mientras la electricidad se importa de la red, el calor se produce en una caldera
convencional que utiliza el fuel pesado como energía primaria.
Es precisamente este proceso de generación de calor el que presenta unas
mejores condiciones para acometer diversas medidas para fomentar el uso de
energías limpias. No obstante, antes de realizar cualquier diseño es preciso tener
en cuenta las diferencias entre los procesos que necesitan este calor (tintura y de
limpieza), las cuales radican fundamentalmente en:
• Los volúmenes de agua que utilizan.
• Las temperaturas de los procesos. Para la tintura, la temperatura óptima es
de 80ºC mientras que para limpieza está en 60ºC.
Energía solar térmica en la pyme Pág. 30
Solución propuesta
Las características de los procesos demandantes de calor y el régimen de
trabajo de la instalación hicieron muy atractiva una instalación de captadores
solares térmicos y un sistema de recuperación de la energía térmica en los
efluentes.
Las condiciones que hicieron posible la aplicación de la energía solar térmica
fueron las siguientes:
- Existencia de una gran superficie disponible, y con buena orientación, en la
cubierta de la factoría para el montaje de los captadores solares.
- Existencia previa de un tanque de almacenamiento de hormigón que ha sido
utilizado como acumulador, abaratando con ello los costes.
- Posibilidad de suministrar agua al proceso de tinte y/o al proceso de lavado
proveniente del acumulador, después de incrementarse su temperatura con
un sistema energético de apoyo (el sistema de energía convencional).
Esquema de la instalación
La siguiente figura representa de forma esquemática el sistema solar diseñado
para integrarse en los procesos de tintura.
Figura 13. Configuración de la instalación solar de la empresa Beirala. (Fuente: Calor Solar para
Procesos Industriales POSHIP. 2001).
Como muestra el esquema, la energía necesaria para elevar la temperatura
del agua de proceso se consigue a través de:
- Aportación de energía solar térmica a partir del circuito cerrado (1)
- Recuperación de energía térmica del agua utilizada en los procesos.(3)
Colectores
Intercambiador de calor
Depósito de almacenamiento
1
Sistema de apoyo
2
Proceso
Conducción principal
3
Colectores
Intercambiador de calor
Depósito de almacenamiento
1
Sistema de apoyo
2
Proceso
Conducción principal
3
Energía solar térmica en la pyme Pág. 31
- Aportación, en caso necesario, del sistema de apoyo de energía
convencional (2).
El funcionamiento del sistema se produciría, por tanto, de la siguiente forma.
La corriente de agua que regresa del proceso (3) tiene un cierto calor residual y se
almacena en el tanque de hormigón grande que actúa de acumulador.
A este tanque vierte también el agua calentada, a través del intercambiador
de calor, por los captadores solares térmicos. Desde ahí, el agua caliente que
requiere el proceso se bombea.
Con este esquema, el sistema solar térmico puede funcionar de forma
independiente al proceso, acumulando energía térmica del sol en el tanque. Si en el
momento de utilizarla en el proceso no fuera suficiente, el sistema auxiliar de
energía que funciona con fuel pesado se encendería para aportar este déficit.
Otra de las ventajas de esta configuración es que la instalación solar no entra
en conflicto con el sistema convencional por lo que sólo serán necesarias pequeñas
adaptaciones relacionadas con el flujo de agua entrante en el tanque y el
intercambiador de calor externo.
Caso real de aplicación de energía solar térmica en Beirala. Principales parámetros
Empresa Beriala Sector Textil
Proceso Precalentamiento del agua para el proceso de tintura y limpieza
Temperatura de trabajo 20-80 ºC Sistema actual Caldera de fuel pesado Régimen de trabajo 345 días/año
Superficie de captación 1.750 m2 en la cubierta de la fábrica
Tipo de captación Captador solar plano selectivo Volumen almacenamiento 75 m3 Cobertura solar 7 33% Coste total de la instalación 340.430 € Aportación propia total 221.280 € Hubo subvención 35% de la inversión Beneficio neto anual (2001) 84.496 € Amortización 3 años
Tabla 8. Resumen del caso real: Beirala. (Fuente: Calor Solar para Procesos Industriales POSHIP.
2001).
7 Cobertura solar: Porcentaje de la demanda energética que será cubierta por el sistema de captación solar sobre la demanda anual.
Energía solar térmica en la pyme Pág. 32
7. Claves de rentabilidad en una instalación solar térmica.
A diferencia de lo que ocurre con otras fuentes de energía renovable como la
energía solar fotovoltaica es difícil establecer a priori unas condiciones de
rentabilidad estándar para energía solar térmica, pues ésta depende de una serie
de factores.
7.1. Inversión inicial
Típicamente, las inversiones iniciales requeridas por las instalaciones solares
térmicas basadas en los tipos de colectores en los que se centra Enerpyme
Renovables (captador solar plano y/o captador plano tubos de vacío) incluido el
resto de elementos de la instalación, son del orden de magnitud de 1.015 €/m2.
7.2. Especificidades del proceso al que se va a aplicar
La energía solar térmica puede ser aplicada a gran variedad de procesos. En
ese sentido, es posible que alguna característica del proceso impida que una o más
partes del equipamiento sean estándar. Algunos de estos condicionantes son:
- Fluido requerido en el proceso.
- Rango de temperaturas requeridas.
- Caudales requeridos.
- Infraestructura que tiene.
- Tamaño de la instalación.
Esta variedad de factores hace que cada instalación solar térmica tenga que
dimensionarse a medida y, en ocasiones, utilizar equipos de los que la empresa
probablemente carecía hasta ese momento (intercambiadores de calor,
acumuladores, etc.).
7.3. Irradiación solar del emplazamiento
La irradiación que recibirá un futuro emplazamiento es fácilmente previsible,
consultando tablas de distintas fuentes como el Instituto Nacional de Meteorología o
Censolar que proporcionan esta información con un pequeño margen de error (ver
página 11 de este manual).
7.4. Orientación de los captadores solares
La disponibilidad de tejados o espacios de terreno con buena orientación al sol
y la ausencia de sombras puede condicionar la rentabilidad de la instalación.
Energía solar térmica en la pyme Pág. 33
Ahorro del Combustible sustituido
El ahorro económico producido por el menor consumo del combustible
convencional es un factor clave.
Subvenciones
En muchas comunidades autónomas existen líneas de subvención que pueden
hacer rentables instalaciones solares térmicas que de por sí no lo serían.
Energía solar térmica en la pyme Pág. 34
8. Ayudas y Subvenciones
8.1. Línea ICO-IDAE de Energías Renovables 2006 (Fuente: IDAE)
El Instituto para la Diversificación y el Ahorro de la Energía (IDAE) dispone de
una línea de subvenciones para proyectos de Energías Renovables y Eficiencia
Energética.
Esta iniciativa incorpora una línea de préstamo, con una dotación inicial de
30 millones de €, para financiar inversiones en proyectos de energía solar térmica,
fotovoltaica aislada, biomasa doméstica e instalaciones de cogeneración, destinadas
a personas físicas, comunidades de propietarios, pymes (ver tabla de condiciones
para ser considerada pyme), ayuntamientos y otros organismos públicos.
Condiciones para ser considerada pyme Número de trabajadores <250
Participación de otra empresa <25% Volumen de negocio (Ventas) ≤50.000.000 €
Balance general ≤43.000.000 €
Tabla 9. Condiciones de pyme.
En lo que respecta a la energía solar térmica, la línea de prestamos se dirige a
aquellas instalaciones con una potencia superior o igual a 20kW, diseñadas para el
calentamiento de un fluido a partir de la captación de la radiación solar directa,
mediante paneles solares homologados, para su posterior utilización en aplicaciones
térmicas.
Forman parte de las partidas subvencionables: el coste de campo de captación
solar (paneles, estructura, interconexión entre captadores, etc.); sistema de
acumulación (tanques, intercambiador de calor, bombas de circulación, vasos de
expansión, etc.); obra civil (siempre que no se supere el 20% de la inversión
elegible); máquina de absorción para producir frío; y sistema de regulación, control
y monitorización.
En la siguiente tabla se puede ver los costes de referencia de la línea ICO
IDAE:
SOLAR TÉRMICA ≥ 20 kW Temperatura Aplicaciones Precio (€/m2) Precio (€/kW)
ACS Calefacción Suelo
Radiante ≤ 60ºC
Piscinas
600 850
Refrigeración
Calefacción Radiadores
> 60ºC
Industria
1.050 1.500
Tabla 10. Costes de referencia de la línea ICO-IDEA.
Energía solar térmica en la pyme Pág. 35
Los proyectos se financian hasta el 100% de los costes de referencia, con un
máximo de 1,5 millones de € sin incluir el IVA, debiendo ejecutarse a lo largo del
primer año a partir de la formalización del préstamo. La vigencia de los prestamos
se extiende desde el 1 de julio de 2006 hasta el agotamiento de los fondos.
Para solicitar éste tipo de préstamos, deberá rellenar y enviar un formulario
de solicitud que encontrará en la página Web del IDAE: www.idae.es.
Tras la recepción de la solicitud, se requerirá al interesado la documentación
precisa para una evaluación previa de la viabilidad del proyecto, (plazo de
presentación en IDAE: 15 días laborables desde la comunicación). Posteriormente
IDAE confirmará el alta en la línea de Préstamos IDAE 2006, momento a partir del
cual, el solicitante dispondrá de 3 meses para la firma del préstamo (incluida la
aportación de garantías necesarias cuando proceda).
Las garantías que se solicitarán son:
- Para préstamos de hasta 120.000 euros: Aval por el 50%.
- Para préstamos superiores a 120.000 euros: el IDAE analizará la solicitud del
préstamo y, en función de la solvencia del solicitante y de la viabilidad del
proyecto de inversión, determinará las garantías a aportar.
Para más información consulte la página web del IDAE, http://www.idae.es.
Energía solar térmica en la pyme Pág. 36
8.2. Ayudas y Subvenciones en Comunidades Autónomas
En la siguiente tabla se muestran las ayudas8, referentes a instalaciones
solares térmicas para algunas Comunidades Autónomas.
Comunidad Autónoma
Norma Objetivo
Alcance (tecnología, sectores y
actividades)
Ayuda económica
Orden del 18 de julio de 2005
Incentivar el desarrollo energético
sostenible de Andalucía.
Convocatoria para los años 2005 y
2006
Solar térmica para producción de agua caliente,
cualquiera que sea su uso
Cuantía máxima de las ayudas:
40%. Si el solicitante es una
PYME hasta el 50% de la inversión
incentivable Andalucía
Convenio IDAE- Agencia Andaluza
de la Energía
Fomentar la realización de instalaciones
solares
Generación de agua caliente a partir de 10 m2
Cuantía máxima de las ayudas: 37
% (energía de apoyo distinta de la eléctrica), 30% en caso contrario
Canarias ORDEN de 11 de octubre de 2006
Instalaciones de energía solar
térmica
Superficie > 75 m2, aplicaciones
especiales y proyectos
innovadores
Cuantía máxima de las ayudas:
37% del coste de referencia de la
instalación
Castilla y León ORDEN
EYE/314/2006, del 2 de marzo
Realización de actuaciones en
materia de energía solar
térmica
Instalaciones para procesos
productivos industriales o
asimilados
Cuantía máxima de las ayudas:
28% (*), con un máximo de 180.000 €
Cataluña Orden
TRI/301/2006 del 12 de junio
Realización de inversiones en
materia de Energía
Renovables
Obtención de calor para procesos industriales
Subvención de hasta el 37% del
coste de referencia de la
instalación
Comunidad Valenciana
Resolución de 10 de abril de 2006
Impulsar las Energías
Renovables (Solar Térmica)
Calentamiento de agua para procesos
industriales
Cuantía máxima de las ayudas: 45% del coste
elegible del proyecto
Orden de 22 de marzo de 2006
Fomento de la energía Solar
Térmica
Realización de instalaciones
solares térmicas con colectores
planos o con tubos de
vacío en empresas
Cuantía máxima de las
ayudas:50% de la inversión
subvencionable Galicia
Resolución de 21 de junio de 2006
Fomento de la energía Solar
Térmica
Aplicaciones especiales con una
temperatura de diseño superior
a 60 ºC
Cuantía máxima de las ayudas:
37%
Madrid Orden 86/2006,de
11 de enero
Promoción de las Energías
Renovables
Instalaciones de superficie mayor
de 10 m2
Cuantía máxima de las ayudas:
2,5-17 % (*), con un máximo de
100.000 €
8 Estas son las ayudas y subvenciones vigentes durantes el desarrollo de Enerpyme Renovables. Si desea información actualizada en esta materia, consulte los Links correspondientes a las Agencias Energéticas en la Tabla 12 del presente manual.
Energía solar térmica en la pyme Pág. 37
Madrid Orden 6105/2006, de 6 de octubre
Promoción de las Energías
Renovables
Instalaciones de superficie mayor
de 10 m2
Cuantía máxima de las ayudas:
17% (*), con un máximo de 100.000 €
Convenio EVE-IDAE 2006
Fomentar la realización de
instalaciones para el
aprovechamiento de la energía
solar.
Agua caliente en procesos
industriales
Cuantía máxima de las ayudas: 30% del coste
elegible del proyecto, con un
máximo de 36.000 € por instalación y 60.000 € por beneficiario
País Vasco
ORDEN de 14 de diciembre de
2005,
Fomento de las energías
renovables
Instalaciones solares de más de
50 m2
Cuantía máxima de las ayudas:
40%(*) del coste elegible del proyecto
(*) Porcentaje obtenido al considerar que la subvención para aplicaciones con temperatura de diseño
superior a 60ºC ascienden a 280 €/m2 y el coste total de referencia es de 1.015 €/m2.
Tabla 11. Ayudas y Subvenciones de la Energía Solar Térmica
La tabla anterior recoge las líneas de subvención activas en las respectivas
comunidades autónomas en el momento de elaborar este manual. Es interesante,
no obstante, comprobar cuáles siguen efectivamente vigentes en el momento de
analizar la posibilidad de instalar un sistema solar térmico. En la siguiente tabla
encontrará los enlaces a las Webs de las agencias energéticas de diversas regiones
donde podrá encontrar más información a este respecto.
Comunidad Autónoma Agencia Link
Agencia Andaluza de la Energía www.agenciaandaluzadelaenergia.es
Sociedad para el Desarrollo Energético de Andalucía, S.A., SODEAN
www.sodean.es
Agencia Local Energía de Sevilla www.agencia-energia-sevilla.com
Agencia Provincial de la Energía de Huelva, APEH
www.apeh.org
Asociación Agencia "SAVE" de Gestión Energética de Écija, AGEDE
www.ipreecija.org
Agencia de Gestión Energética de la Provincia de Jaén, AGENER
www.agener.org
Andalucía
Agencia Provincial de la Energía de Granada
www.apegr.org
Aragón Servicio de energía de Aragón http://portal.aragob.es/
Fundación Asturiana de la Energía, FAEN
www.faen.es Asturias
Fundación Agencia Local de la Energía del Nalón, ENERNALÓN
www.enernalon.org
Canarias Agencia de Energía de las Canarias Occidentales, AECO
www.itccanarias.org/itc
Energía solar térmica en la pyme Pág. 38
Comunidad Autónoma Agencia Link
Ente Regional de la Energía de Castilla y León, EREN
www.jcyl.es
Agencia Provincial de la Energía de Burgos, AGENBUR
www.agenbur.com
Agencia energética Municipal de Valladolid
www.aemva.org Castilla-León
Agencia Provincial de la Energía de Ávila, APEA
www.diputacionavila.es/web/?url=apea
Agencia para la Gestión de la Energía de Castilla-La Mancha
www.agecam.es Castilla-La Mancha Agencia Provincial de la Energía de
Toledo www.diputoledo.es
Instituto Catalán de la Energía, ICAEN www.icaen.net
Agencia de Energía de Barcelona www.barcelonaenergia.com Cataluña Agencia local de Energía de Manresa www.lasequia.org
Madrid Centro de Ahorro y Eficiencia Energética de la Comunidad de Madrid
www.madrid.org
Agencia Valenciana de la Energía, AVEN
www.aven.es Valencia
Agencia Energética de la Ribera, AER www.aer-ribera.com
Extremadura Agencia Extremeña de la Energía, AGENEX
www.dip-badajoz.es
Galicia Instituto Energético de Galicia (INEGA) www.inega.es
Islas Baleares Conserjería de Comercio, Industria y Energía. Dirección General de Energía
www.caib.es
Agencia Energética Municipal de Pamplona
www.pamplona.net
Navarra Centro de Recursos Ambientales de Navarra
www.crana.org
Murcia Agencia de la Gestión de la Energía en la Región de Murcia, ARGEM
www.argem.es
País Vasco Ente Vasco de la Energía (EVE) www.eve.es
Tabla 12. Enlaces Web de las diferentes agencias energéticas.
Energía solar térmica en la pyme Pág. 39
9. Bibliografía y páginas Web consultadas
Fuentes consultadas:
• Energía Solar Térmica en la Comunidad de Madrid. Cámara Oficial de
Comercio e Industria de Madrid. (2006)
• Guía de Ahorro Energético en Instalaciones Industriales. Centro de Ahorro y
Eficiencia Energética de Madrid (2006).
• Guía de Energía Solar. Caja Madrid. Obra Social. Madrid (2006).
• Manual de cálculo y diseño de instalaciones de producción de agua caliente
sanitaria en edificaciones de viviendas mediante energía solar y apoyo
individual a gas natural. Gas Natural (2004).
• Energía Solar Térmica en la Comunidad Autónoma de la Región de Murcia.
Agencia de gestión de energía de la Región de Murcia (2002).
• Solar Heating for Industrial Processes. International Energy Agency Solar
Heating & Cooling Programme (2003).
• Calor Solar para Procesos Industriales POSHIP (2001).
Páginas web consultadas
• Asociación Solar de la Industria Térmica. www.asit-solar.com
• Sociedad para el Desarrollo Energético de Andalucía. www.sodean.es
• Instituto para la Diversificación de Ahorro y Eficiencia Energética. www.idae.es
• Censolar. Centro de Estudios de la Energía Solar. www.censolar.es
• Ministerio de Industria, Turismo y Comercio. www.mityc.es
• Comunidad de Madrid. www.madrid.org
• Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía. www.idae.es
• Comisión Nacional de la Energía. www.cne.es
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Fundación Entorno – BCSD España
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(Actualizado a Abril de 2007)
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Actualmente los temas principales tratados en estas áreas focales son tres:
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El programa Enerpyme y todas las actividades desarrolladas dentro del mismo se engloban dentro de este Área Focal de Energía y Cambio Climático.
� El Papel de los Negocios en la Sociedad.
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y formación que propone la FE – BCSD España a sus miembros y que nacen del trabajo realizado en las Áreas Focales o en los Programas Sectoriales, con las que fomentar un debate abierto a la sociedad sobre temas clave del desarrollo sostenible y comunicar los resultados obtenidos en las Áreas Focales y Programas Sectoriales así como las prácticas empresariales más destacadas.
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