ENERGÍA SOLAR TÉRMICA · ¿Qué diferencia entre Colector solar plano y de tubo de vacío? ......

ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

Aplicaciones y Casos de éxito

Martin Guillaume

Ingeniero en Energía Solar

Centro de Desarrollo Energético Antofagasta, Universidad de Antofagasta

T < 150 ºC

150 ºC < T < 500 ºC

T > 500 ºC

DESCRIPCIÓN DE UN SST

• Temperatura < 150°C

• Producción de Agua Caliente Sanitaria : ACS

• Sistemas solares térmicos de baja temperatura: CAPTADORES1. Captadores solares de placa plana sin cubierta transparente

2. Captadores solares de placa plana con cubierta transparente

3. Captadores solares de placa plana de alta eficiencia

4. Captadores de tubos de vacío

5. Captadores con concentración CPC


Los elementos principales que constituyen los Sistemas Solares Térmicos:• El Colector Solar• El Intercambiador• El Acumulador• Las Bombas

Otros elementos necesarios son:• sistema de control,• tubería, • válvulas, • vaso de expansión,• sensores de caudal, presión

y temperatura


Los sistemas termosifón


Sistemas Indirectos

Fuente: http://energias-renovables-y-limpias.blogspot.com/

Sistemas Directos

MERCADO

• La rentabilidad y la relativa sencillez de estos sistemas hacenque su uso esté cada día más extendido, siendo previsible que suimplantación crezca al desarrollarse nuevos sistemas deintegración urbana y se implanten las nuevas normativas sobreel uso de dichos sistemas solares térmicos.

MERCADO

En Chile hasta 2010

CST instalado por año• Hasta 2004: 600m2

• En 2005: 2500m2

• En 2006: 3721m2

• En 2007: 6307m2

• En 2008: 7094m2

• En 2010: 7937m2

Fuente: Anuario Solar 2011 CDT

MERCADO

En Chile de 2010 hasta 2013: La Franquicia Tributaria

Fuente: CDT

MERCADO

Cifras de las empresas ligadas a la Energía Solar Térmica en Chile:

• 81% que se ubican y operan en la región Metropolitana• 9% en la V Región• 4% en la II Región• 3% en la VIII Región• 1% en la X Región

• El 100% de estas empresas se dedica a la distribución y a la venta.• El 90% también realiza la instalación.

• El 85% importa equipos y materiales, y el resto es de fabricación nacional.

Fuente: Anuario Solar 2011 CDT

APLICACIONES

Aplicaciones posibles:1. Agua caliente sanitaria (ACS)2. Calentamiento agua piscinas3. Calefacción4. Enfriamiento 5. Calor para procesos

Dentro de la gran variedad de modelos de captadores se elegirá enfunción de la aplicación a la cual sea destinado o las condicionesclimáticas donde esté situado.

• Planos con recubrimiento

• Con tubos de vacío

• Placa plana sin cubierta Diferencia temperatura (Tcoll-Tamb)

http://www.archiexpo.es/prod/kingspan-solar/colectores-solares-termicos-planos-70015-907317.html

http://sunstar.cl/1_6_Tipos-de-equipos-solares.html

APLICACIONES

¿Cómo funcionan los SST para producir Agua Caliente Sanitaria (ACS)?

Elementos del sistema:1. Colector Solar2. Acumulador3. Intercambiador Interno4. Bomba recirculación5. Centralita de control6. Apoyo térmico

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PRODUCCIÓN DE ACS

¿Qué ventajas?

• Ahorro en combustible

• Reducción de emisiones de gases de efecto invernadoAyuda a que el aire que respira sea más limpio

• Reduce la dependencia energética respecto a otro países

• Genera empleo y dinamiza la economía

• Aporta un gran valor añadido a la vivienda

PRODUCCIÓN DE ACS

Fuente: ACESOL

¿Qué ahorros se pueden lograr?

En chile, los Sistemas Solares Térmicos pueden producir del 30% al75% de la demanda en Agua Caliente Sanitaria, según la zonageográfica.

Ahorros anuales para una familia de 4 personas:• CLP$ 180.000 al año en Calama• CLP$ 160.000 al año en Antofagasta• CLP$ 130.000 al año en Valparaíso

Fuente: ACESOL

PRODUCCIÓN DE ACS

PRODUCCIÓN DE ACS

La demanda de energía térmica del Agua Caliente Sanitaria (𝐸𝐴𝐶𝑆) es lacantidad de energía necesaria para aumentar la temperatura del caudalconsumida (𝐷𝑇𝑟𝑒𝑓) desde la temperatura de entrada de agua fría (𝑇𝑓𝑟𝑖𝑎)

hasta la temperatura de uso (𝑇𝑟𝑒𝑓).

𝐸𝐴𝐶𝑆 = 𝐷𝑇𝑟𝑒𝑓 ∙ 𝜌 ∙ 𝐶𝑝 ∙ 𝑇𝑟𝑒𝑓 − 𝑇𝑓𝑟𝑖𝑎

𝐸𝐴𝐶𝑆 : demanda de energía térmica [kJ/día]

𝐷𝑇𝑟𝑒𝑓 : consumo de ACS a la temperatura de referencia [l/día]𝜌 : densidad del agua [kg/l]

𝐶𝑝 : calor específico del agua [kJ/kg.K]

𝑇𝑟𝑒𝑓 : temperatura de referencia de uso [K]

𝑇𝑓𝑟𝑖𝑎 : temperatura de agua de red [K]

¿Cómo se define la demanda de Agua Caliente Sanitaria?

http://www.masters-energia-solar.com/2012/05/analisis-de-los-costes-en-instalaciones.html

Vida útil: 20 - 25 años:

- Es la vida útil de un sistema solar si

se le cuide bien.

- Es un ahorro económico hasta el fin

de la vida útil del sistema.

Operación y mantención:

- Frecuencia: trimestral/anual

- Limpieza captadores

Tiempo de retorno de la inversión:

- Entre 3 a 8 años dependiendo de la

zona geográfica y del tipo de

colector utilizado

Algunos datos útiles

PRODUCCIÓN DE ACS

¿Qué diferencia entre Colector solar plano y de tubo de vacío?

PRODUCCIÓN DE ACS

Coletor plano Colector de Tubos de vacío

Ventajas:• Buena eficiencia• La tecnología la mas usada• Vida útil larga (20 años)

Ventajas:• Muy buena eficiencia

Mejor que los Colectores Planos• Menor ensuciamiento debido a su forma

redonda• Gran disponibilidad en el mercado chileno• Alcanza temperaturas altas

Desventajas:• Ensuciamiento

Desventajas:• Muy frágil• Alto costo• Vida útil corta por algunos (< 10años)

¿En qué consiste la Franquicia Tributaria de la ley 20.365?

Según la Ley, el beneficio tributario es imputado por la EmpresaConstructora ante el Servicio de Impuestos Internos como un descuento ala declaración de impuesto a la renta de las empresas constructoras. Lasempresas podrán deducir de sus impuestos:

• El 100% del valor del sistema con un tope de 31 UF para viviendas de hasta 2000 UF

• El 40% del valor del sistema con un tope de 31 UF para viviendas de entre 2001 y 3000 UF

• El 20% del valor del sistema con un tope de 31 UF para viviendas de entre 3001 y 4500 UF

Fuente: ACESOL

PRODUCCIÓN DE ACS

¿En qué consiste la Franquicia Tributaria de la ley 20.365?

Para acceder al subsidio, se exigirá que los sistemas solares tengan una cobertura mínima correspondiente a la zona climática.

Fuente: ACESOL

PRODUCCIÓN DE ACS

Zona Climática Radiación Solar Global Media Anual (H)[kWh/m2 año]

Contribución Solar Mínima Exigida (CSM)[%]

A 1948 ≤ H 75

B 1701 ≤ H ≥ 1948 66

C 1454 ≤ H ≥ 1701 57

D 1208 ≤ H ≥ 1454 48

E 961 ≤ H ≥ 1208 39

F 961 ≥ H 30

¿La Franquicia Tributaria de la ley 20.365 en la II región?

2 Proyectos:• Edificio Novo, La Torre N° 3002, Antofagasta

Zona climática A: Radiación solar anual = 2360kWh/m2 ; CSM=75%214 Viviendas: 50 de 1D ; 129 de 2D ; 35 de 3D602 personasValor: Todas las viviendas tienen un valor menor o igual a 2000UF

• Edificio Turi Norte, calle Santiago N° 2249, Calama Zona climática A: Radiación solar anual = 2506kWh/m2 ; CSM=75% 96 Viviendas: 16 de 1D ; 48 de 2D ; 32 de 3D296 personasValor: Las viviendas 1D y 2D tienen un valor entre 2000UF y 3000UF

Las viviendas 3D tienen un valor entre 3000UF y 4000UF

Fuente: SEC

PRODUCCIÓN DE ACS

Caso Concreto con Franquicia: Edificio Novo, Antofagasta

PRODUCCIÓN DE ACS

Datos del proyecto:• 214 departamentos que tienen un valor inferior a 2000UF

• 602 personas que consumen c/u 30 litros por día (multifamiliar) de agua a 45°CConsumo total de 18.060 litros por día

• Según el F-Chart de la ley 20.365 (considerando Tred y Tref)Demanda de Energía para la Producción de ACS (45°C) = 254.523 kWh/año

Resultado y Ahorro económico según el F-chart• Producción de 229.071 kWh/año

Contribución solar de 90%Ahorro de $20.000.000 al año

• Franquicia Tributaria de 100% con un tope de 31 UF

Fuente: http://www.solucionesco.cl/index.php?option=com_content&task=view&id=58&Itemid=110


PRODUCCIÓN DE ACS

Campo Solar• 57 colectores de tipo plano de 3m2 c/u• 6 líneas paralelas de 10 colectores conectados en serie (uno de 7)• Superficie total de captación solar de 171m2

• Fluido de trabajo: PROPILEN GLICOL

Sistema de acumulación• 4 acumuladores de acero de 4000 litros c/u• Fluido de trabajo: AGUA

Otros datos• Circulación forzada / SST indirecto• Separación con intercambiador entre circuito primario (PROPILEN GLICOL) y circuito

segundario (AGUA)• 2 bombas de calor en sistema de apoyo



PRODUCCIÓN DE ACS


Caso Concreto con Franquicia: Edificio Turi Norte, Calama

PRODUCCIÓN DE ACS

Datos del proyecto:• 96 departamentos que tienen un valor entre 2000UF y 4500UF

• 602 personas que consumen c/u 30 litros por día (multifamiliar) de agua a 45°CConsumo total de 8.880 litros por día

• Según el F-Chart de la ley 20.365 (considerando Tred y Tref)Demanda de Energía para la Producción de ACS (45°C) = 118.918 kWh/año

Resultado y Ahorro económico según el F-chart• Producción de 92.465 kWh/año


• Franquicia Tributaria de 20% y 40% con un tope de 31 UF

Fuente: SEC

Caso Concreto con Franquicia: Edificio Turi Norte, Calama

PRODUCCIÓN DE ACS

Campo Solar• 40 colectores de tipo plano de 2m2 c/u• Superficie total de captación solar de 80m2

• Fluido de trabajo: PROPILEN GLICOL

Sistema de acumulación• 2 acumuladores de acero de 5000 litros c/u• Fluido de trabajo: AGUA

Otros datos• Circulación forzada / SST indirecto• Separación con intercambiador entre circuito primario (PROPILEN GLICOL) y circuito

segundario (AGUA)• 2 calderas a gas en sistema de apoyo

Fuente: SEC

Caso Concreto con Franquicia

PRODUCCIÓN DE ACS

Fuente: SEC

Proyecto NovoAntofagasta

Proyecto Turi NorteCalama

• 171m2 de colectores solares detipo planos

• 4 acumuladores de acero de 4000litros c/u

• 90% de contribución solar• CLP$ 20.000.000 de ahorro por

año

• 80m2 de colectores solares de tipoplanos

• 2 acumuladores de acero de 5000litros c/u

• 78% de contribución solar• CLP$ 11.000.000 de ahorro por

año

Otro Caso Concreto con Franquicia: Condominio El Águila, Iquique

PRODUCCIÓN DE ACS

Datos del proyecto:• 137 departamentos• 475 personas que consumen c/u 30 litros por día (multifamiliar) de agua a 45°C

Consumo total de 14.250 litros por díaDemanda de Energía para la Producción de ACS (45°C) = 167.559 kWh/año

Ahorro económico según el F-chart• Producción de 125.669 kWh/año


Sistema Solar Térmico• 39 colectores de 3m2 c/u : 117m2 en total• 4 acumuladores de 3.000 litros c/u• 3 calderas en sistema de apoyo


Otro Caso Concreto con Franquicia: Condominio El Aguila, Iquique

PRODUCCIÓN DE ACS

Fuente: SECFuente: http://www.solucionesco.cl/index.php?option=com_content&task=view&id=58&Itemid=110

Caso Concreto sin Franquicia : Hotel Antofagasta

PRODUCCIÓN DE ACS

Datos del proyecto:• Calle Balmaceda N° 2575, en la ciudad de Antofagasta.• 200 habitaciones• Consumo diario máximo de 18450 litros de ACS a 45°C

Sistema Solar Térmico híbrido Solar-Diesel con bombas de calor• Pre-calentamiento de ACS a 40°C con una bomba de calor• 160m2 de colectores solares de placa plana.• Circulación forzada / circuito solar cerrado (PROPILEN GLICOL)• Estanque termo-acumulador• Sistema térmico convencional con petróleo Diesel en sistema de apoyo

Producción y ahorro• Contribución solar de 60% del consumo• 40% con el sistema tradicional• La inversión del SST se recupera a los 5 años

Caso Concreto: SST para la escuela D-66, Antofagasta

PRODUCCIÓN DE ACS

Consideraciones:• 650 estudiantes y 130 de ellos se duchan cada día• Se añade el consumo de ducha de 20 personas durante horario extra-escolar• Azotea disponible para la implementación de los colectores solares de 285 m2

Proyecto:• Consumo total anual de 26.582 kWh/año• Diseño con el programa comercial Transol• Se cubre 76,8% de la demanda total anual de ACS con SST• Rendimiento energético anual de los colectores solares del 31%

Item Nombre Características Observaciones

1 Consumo máximo diario de

la escuela4.500 litros/día

30 litros por persona de ACS

a 45°C

2Colectores de 1,8 m2 24 colectores

Superficie captadora neta

total de 43,2 m2

3Estanque acumulador 2.500 litros

Estanque vertical con

intercambiador interno.

4 Sistema auxiliar Calefón de 10 kW de potencia. Sistema a gas

Caso Concreto: SST para la escuela D-66, Antofagasta

PRODUCCIÓN DE ACS

Resultados económicos:• Inversión económica es de 22.372.000 CLP considerando materiales, ingeniería,

montaje y el costo anual de mantención incluyendo una margen para el cambio de piezas.

• Recuperación de la inversión en 8 años• Ahorro anual de 13,7 Toneladas de CO2

Caso Concreto: Centro penitenciario femenino Antofagasta

PRODUCCIÓN DE ACS

Datos del proyecto• Consumo de agua caliente sanitaria a 45°C de 5.760

litros por día• Demanda energética anual de 68,29MWh

Sistema Solar Térmico• 30 colectores tipo plano de 2m2 c/u• Superficie total de 60m2

• Circulación forzada / SST indirecto• 3 acumuladores de inercia de 1000 litros c/u• 2 acumuladores ACS de 500 litros c/u• Bomba de calor en sistema de apoyo

Producción• Producción anual de 49,71MWh• Contribución solar de 74% del consumo

Caso Concreto: Jardín infantil “DUMBO”, Antofagasta

PRODUCCIÓN DE ACS

Datos del proyecto• Consumo de agua caliente sanitaria a 45°C de

600 litros por día• 2 SST que tienen las mismas características

Sistema Solar Térmico• Para generar un consumo de ACS de 300 Lts por

día• 4 colectores tipo plano de 2m2 c/u• Superficie total de 8m2

• Circulación forzada / SST indirecto• 1 acumulador de 400 litros• Calefón en sistema de apoyo

Producción• Contribución solar de mas de 70% del consumo

Caso Concreto: Jardín infantil “GIRASOL”, Antofagasta

PRODUCCIÓN DE ACS

Datos del proyecto• Consumo de agua caliente sanitaria a 45°C de

450 litros por día• 2 SST que tienen las mismas características

Sistema Solar Térmico• Para generar un consumo de ACS de 300 Lts por

día• 3 colectores tipo plano de 2m2 c/u• Superficie total de 6m2


Producción• Contribución solar de mas de 70% del consumo

Caso Concreto: Jardín infantil “Caracolito”, Antofagasta

PRODUCCIÓN DE ACS

Sistema Solar Térmico 1• Para generar un consumo de ACS de

300 Lts por día• 2 colectores tipo plano de 2m2 c/u• Superficie total de 4m2




• Termosifón / SST indirecto• 1 acumulador de 200 litros• Calefón en sistema de apoyo

Retorno de experiencia de la JUNJI Antofagasta

PRODUCCIÓN DE ACS

Nombre Proyecto: Sistemas Solares Térmicos para Agua Caliente Sanitaria en JardinesInfantiles y Salas Cuna de la JUNJI Antofagasta

Resumen proyecto: Los sistemas solares térmicos instalados en tres jardines infantilesJUNJI de Antofagasta (“Dumbo”, “Caracolito” y “Girasol”) aportarán más del 70% de laenergía necesaria para abastecer de agua caliente sanitaria a las salas de muda de estosestablecimientos. Los sistemas instalados se proyectan con una vida útil de 20 años.

Monto Total: CLP$ 26.328.828

Fracasos:• Sin monitoreo y sin control• Sistema auxiliar que no operan• Deficiencia de funcionamiento• Poca presión en el sistema• Mala repartición del agua de consumo• Mala aislación del sistema

Fuente: Ministerio de Energía

Caso Concreto: Jardín infantil “TAMARUGO”, Calama

PRODUCCIÓN DE ACS




Sistema Solar Térmico 2• Para generar un consumo de ACS de 300

Lts por día• 2 colectores tipo plano de 2m2 c/u• Superficie total de 4m2


Otros Casos: Sistemas Solares Termosifón

PRODUCCIÓN DE ACS

• Grupo instrucción de carabineros Antofagasta

• Hospital militar AntofagastaSuperficie total colectores solares:

24m2

Capacidad de acumulación total:1800 litrosCosto total (instalado):

$CLP 14.137.676

Calentamiento agua piscinas

http://www.kw-solar.es/?Productos:Calefacci%C3%B3n_solar_piscina%2C_climatizaci%C3%B3n_piscina%2C_panel_solar_piscina

APLICACIONES

Ventajas:• Prolongar la

temporada de baño

• Ahorros importantes en gastos de operación

• Reducción del impacto ambiental

• Atractivos retornos de inversión

Tecnología: Placa plana sin cubierta

Temperatura de funcionamiento: Max 50 °C

Costo: CLP$79.000 /m2

Necesidades: Entre 0,8 y 1 m2panel/m2

piscina

http://www.cimepowersystems.com.mx/ayuda-2/preguntas-frecuentes/

Calentamiento agua piscinas

APLICACIONES

APLICACIONES

Proyecto: Piscina Estadio Español (312m2)Localidad: Santiago, RMSuperficie colectores: 209m2 Observación: con sistema de apoyo

Proyecto: Piscina ACUAVITA (400m2)Localidad: Vitacura, RMSuperficie colectores: 372m2

Calentamiento agua piscinas - Casos de éxitos

http://www.mirosolar.cl/

• Posibilidad de sistema mixto: ACS + Calefacción

• Necesita un mayor cantidad de colectores solares

• Hasta 50% de Contribución Solar para la calefacción de una casa

• Sistema de apoyo obligatorio

Calefacción

APLICACIONES

Tecnología: Calefacción solar

Necesidades de colectores: 2m2 de colector / 10m2 del piso

Coste: 200 US$ / m2 del piso

www.bati-depot.fr www.bati-depot.fr

Calefacción

APLICACIONES

http://www.alibaba.com/product-detail/Hybrid-Solar-Air-Conditioner_471334579.html

Enfriamiento con maquina de absorción

APLICACIONES

http://www.interempresas.net/Alimentaria/FeriaVirtual/Presentacion-Absorsistem-S-L-189445.html

Tecnología: Máquina de absorción

Temperatura funcionamiento 90 °C

Potencias > 5 kW

Coste: 1.300 US$/kW

Necesidades: 3m2/kW

http://solarthermalworld.org/content/usa-climatewell-wins-technology-contest-general-electrics

Enfriamiento con maquina de absorción

APLICACIONES

El mismo tipo de colectorse puede utilizar paraprocesos industriales debaja temperatura, como losprocesos mineros.

Planta Solar

A Planta EWPlanta

SX

Intercambiador de Calor

Calor para procesos industriales

APLICACIONES

Minera Constanza – Planta “Pukará Hatur”

Tecnología: Colectores planos

Área total colectores: 404 m2

Producción anual 540 MWht

Contribución solar 90%

Almacenamiento calor 25 m3

Coste 41.000 US$

APLICACIONES

Minera Gaby – Pampa Elvira Solar

Tecnología: 2620 colectores planos

Área total colectores: 39.000 m2

Producción anual 54.000 MWht

Contribución solar 85%

Almacenamiento calor 4.000 m3

Coste 26.000.000 US$

http://www.consejominero.cl/utilizacion-de-energia-solar-termica-en-division-gabriela-mistral/

APLICACIONES

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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