Instalaciones híbridas con energía solar térmica

La eficiencia energética es ante todo una estrategia realmente productiva para disminuir costes empresariales y evitar derroches. Nuestra experiencia indica tajantemente que cuando no se estudian en detalle las opciones de ahorro energético estamos penalizando la actividad empresarial durante toda la vida útil de los equipos. En todas las aplicaciones en las que el consumo energético es un hecho relevante, vamos a encontrar que existen diferentes opciones para resolver cada problema; por lo que hay que sopesar los pros y contras de cada una para ver cual es la opción más ventajosa para el cliente.

. SOBRE EL CICLO DE VIDA...

De nada sirve comparar costes entre distintas opciones sin entrar en detalle y estudiar el comportamiento dinámico de los procesos energéticos; este es el campo de la Simulación Energética, de la que hablaremos en unos días. Pero también es importante saber orientar los requerimientos del cliente y dirigirlos hacia soluciones eficientes. Sí nos limitamos simplemente a calcular una instalación bajo unos requerimientos básicos probablemente estemos derrochando grandes cantidades de dinero a lo largo de toda la vida útil del producto. Esto es especialmente importante en los países (que son casi todos) donde no hay normativa de diseño que tenga en cuenta en rigor la eficiencia energética.

SOBRE EL CALENTAMIENTO EFICIENTE DE AGUA...

La energía solar térmica es la aplicación que más ventajosamente aprovecha la energía solar, y básicamente consiste en utilizar la radiación solar para calentar agua. El agua caliente se utiliza en muchos procesos y su obtención supone unos costes bastante importantes. Los medios comunes como el calentamiento instantáneo a gas son baratos y útiles, porque el negocio aquí está en la venta mensual de gas, pero su consumo no es ni mucho pequeño. En efecto, calentar agua a 50 º C genera en un calentador eficiente un consumo que podemos estimar (por ejemplo) en unos 2,3 m3/h de gas natural. Si trabajamos con butano/propano el coste será mayor, ya que el consumo puede estar en torno a 1,7 kg/h.

. SOBRE LOS COSTES... Hablar sobre costes siempre es difícil por su variación entre países y sobre todo por la habilidad de las compañías distribuidoras de enmascarar el consumo utilizando complejos métodos de tarificación y las diferentes unidades que cada uno utiliza.

El gas natural suministrado por las compañías distribuidoras tiene unos costes para el usuario que podríamos poner en 0,94 euros por m3 (ya con impuestos).

Si nos fijamos en un calentador de agua, por ejemplo con una potencia útil nominal de 19,2 kW, podríamos hablar de producciones obtenidas de agua caliente (a 50 ºC) que en función de la demanda podrían ir de 4 a 11 l/m. El consumo de gas por hora puede ser de 2,3 m3 (o sea que podemos pagar unos 2,16 euros por hora).

¿Qué ocurre si usamos estos calentadores para un consumo que vaya más allá del doméstico (cocinas industriales, centros sanitarios, pequeña industria de procesos, etc.)? La única forma de saber el consumo real en estos casos es haciendo una buena estimación a partir de los datos del proceso, así que veremos un supuesto real pero muy variable.

Si por ejemplo producimos 2.000 litros al día el calentador funcionaría bastantes cientos de minutos (pongamos 500-600), algo totalmente factible pues el calentador tan sólo trabajaría un 15-18 % del día, estamos alegrando a la compañía del gas con un consumo diario que puede ser de 20 m3 o más (depende de los caudales que vayamos pidiendo y de la temperatura). Nuestra compañía del gas nos factura al año 7.300 m3, con un coste de 6.862 euros al año.

¿QUÉ SOLUCIONES TENEMOS?

Tenemos diversas opciones, pero si buscamos una solución óptima pensaríamos en energía solar térmica o energía solar térmica en una aplicación híbrida. El problema de la energía solar en las aplicaciones industriales es que sí queremos tener una seguridad 100 % del suministro nos vemos obligados a sobredimensionar la instalación, pero así y todo la energía solar será una opción óptima cuando la radiación solar es abundante en el lugar donde estudiamos la aplicación.

En el ejemplo anterior, para un lugar con buena radiación solar el coste de la instalación podría ser de unos 18.000 - 20.000 euros. Se trata de un coste realmente atractivo porque con el ahorro obtenido en gas pagamos la instalación completa en tan solo tres años.

¿QUÉ OCURRE EN APLICACIONES CRÍTICAS?

Nuestra experiencia indica que ya que muchas veces la necesidad de agua caliente es un factor crítico (puede pararse el proceso industrial), los clientes tienden a poner especificaciones que a veces llevan a sobredimensionamientos realmente sorprendentes. Es por tanto crítico un dimensionado correcto de la instalación que sólo se consigue simulando las diferentes opciones posibles y a la vez optimizando los costes de la inversión. Son diversas las tecnologías que podemos estudiar, dependiendo ya del uso real del agua caliente en la aplicación analizada y de la radiación solar disponible en cada aplicación.

OPTIMIZACIÓN MEDIANTE INSTALACIONES HÍBRIDAS

Dimensionar incorrectamente una instalación solar térmica tiene dos problemas, que no tengamos agua cuando la necesitemos o que estemos pagando bastante más de lo necesario.

Las tendencias más avanzadas apuntan a la utilización de instalaciones híbridas que permiten subsanar el problema de la falta de predicibilidad de sol en muchos lugares. La solución óptima se obtiene estudiando esa predicibilidad, lo criticó del proceso al que se suministra agua caliente y las necesidades de temperatura superiores a las que de forma más económica obtenemos del sol. Es decir, de lo que se trata es de evitar las penalizaciones en el coste de la inversión que son debidas a unas especificaciones que alejen el proyecto de la rentabilidad.

Las instalaciones híbridas a las que nos referimos utilizan tanto energía solar térmica como gas natural, y constan de una instalación de energía solar junto con un calentador de agua de generación instantánea.

Lo que se consigue con este sistema es evitar el sobredimesionado. Si el calentamiento del sol es insuficiente en algún intervalo de tiempo puede utilizarse un calentador regulado por temperatura. Estos calentadores tienen un consumo mucho menor ya que se alimentan con el agua caliente de la energía solar térmica, y solamente proporcionan la energía necesaria para alcanzar la temperatura requerida en el proceso. Es decir, en este caso la energía solar térmica trabaja como un sistema de precalentamiento en los periodos en los que no se consigue la energía necesaria (hablamos del precalentamiento por ejemplo en Eficiencia energética en calderas de vapor).

En conclusión, la tecnología de calentamiento solar de agua es altamente eficiente y económica en las regiones con alta radiación solar. España, Turquía, Grecia, ....; la tecnología está extendida en los países mediterráneos. En Israel, por ejemplo, el 90 % de los hogares utilizan esta tecnología.