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Instalación y tuberías de sistemas solares térmicos

Paneles solares con el cielo azul

Los sistemas solares térmicos se dividen en sistemas fotovoltaicos para la generación de electricidad y sistemas solares térmicos para la generación de agua caliente. 

Los sistemas solares para la generación de agua caliente suelen utilizarse para el suministro de agua caliente en el hogar, para la calefacción de piscinas, para el apoyo a la calefacción y para la generación de calor de proceso. Por lo tanto, ofrecen una alternativa sensata al calentamiento de agua convencional. Hoy en día, se instalan mayoritariamente sistemas de dos circuitos. 

En el primer circuito, se bombea un medio de transferencia de calor (mezcla de agua y anticongelante) a través del colector y el calor absorbido se transfiere al agua potable a través de un intercambiador de calor en el depósito de agua caliente. En el segundo circuito, el agua potable calentada se conduce al consumidor.

En los sistemas de circuito único, el agua pasa directamente por el colector y se calienta. Este sistema se utiliza a veces para calentar el agua de la piscina sin riesgo de heladas. Los sistemas de circuito único en países con riesgo de heladas deben poder cerrarse y vaciarse mediante un sistema de control adecuado. 

El correcto dimensionamiento del sistema es el requisito previo para un funcionamiento satisfactorio. En el caso de sistemas pequeños en casas unifamiliares, se puede suponer un consumo de agua de unos 50 l de agua caliente por persona y día. Con una especificación de temperatura de 50 °C y las reservas necesarias para los días de menor radiación, la superficie del colector debería ser de unos 2 m² por persona.  

Materiales para las tuberías

Los materiales adecuados para las tuberías del circuito solar proporcionan:

  • suficiente resistencia a la temperatura
  • resistencia al glicol
  • resistencia a la alta presión
  • resistencia a la intemperie y a la corrosión necesaria para el uso en exteriores

Depósito de agua caliente

El depósito de agua caliente debe tener un volumen de 1,5 a 2 veces el consumo diario de agua caliente por persona, es decir, unos 100 litros por persona, para poder almacenar agua caliente para los días de menor radiación. 

Los depósitos deben tener una forma delgada y cilíndrica para garantizar una buena estratificación de la temperatura. El depósito debe tener al menos 10 cm de aislamiento térmico ajustado y sin huecos para minimizar la pérdida de calor.  

generación de agua caliente

Circuito solar 

El circuito solar se utiliza para transportar el calor entre el colector y el intercambiador de calor del depósito de ACS. El circuito debe ser lo más corto posible; para los sistemas en casas unifamiliares o bifamiliares, suele ser suficiente un diámetro de tubería de 15 mm o 18 mm. Las altas temperaturas de más de 110 °C en el colector y en el circuito del colector también requieren un aislamiento térmico adecuado de las tuberías. 

En el exterior, el aislamiento térmico también debe resistir la radiación UV, la intemperie y los daños causados por las aves. Por lo tanto, se deben utilizar materiales resistentes a los rayos UV y/o con aluminio con la correspondiente resistencia a la temperatura. Los materiales de espuma utilizados con frecuencia, que sólo están diseñados para sistemas de calefacción de hasta 90 °C, suelen fallar después de unos pocos días. 

En el mercado existen materiales espumados especiales para los requisitos del circuito de colectores. Además, existe la posibilidad de aislamiento térmico con lana de roca o de vidrio, así como con resina de melamina. Las tuberías deben estar aisladas contra la pérdida de calor de acuerdo con los espesores de aislamiento de la normativa del sistema de calefacción. En los sistemas más pequeños para viviendas unifamiliares o bifamiliares, el caudal habitual es de 30 a 50 litros por m² de superficie del colector. La prueba de presión debe realizarse según las instrucciones del fabricante de la instalación solar. 

Formación de vapor durante la parada

Si la instalación solar está parada -por ejemplo, porque el acumulador ya está completamente cargado y no hay consumo o porque la bomba del circuito de colectores no está en funcionamiento- puede formarse vapor en los colectores si la radiación solar continúa. El espacio de vapor suele corresponder al volumen del colector y a una sección corta de las tuberías de conexión.

En los colectores planos convencionales se alcanzan temperaturas de parada de hasta 250 °C, y en los colectores de tubo de vacío incluso de hasta 350 °C. Cuando el sistema se reinicia después de esta fase de parada, pueden producirse temperaturas bastante elevadas en el circuito solar en un periodo de tiempo muy corto. Las mediciones realizadas por el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (ISE) muestran que cuando el colector plano no está lleno -es decir, durante la fase de construcción, cuando está expuesto a la radiación solar- pueden producirse aproximadamente 160 °C en el colector a temperatura de reposo (210 °C de temperatura del colector). Dependiendo del tiempo, esto puede ser así durante varios meses, según el avance de las obras. Los juntas de estanquiedadde EPDM ya sufrirían daños preliminares en este caso, sin que el sistema haya entrado en funcionamiento.  

Uso de accesorios de cobre

Por lo tanto, se recomienda el uso de los accesorios prensados de cobre SANHA® (serie 12000/13000) como accesorios para las tuberías de cobre. Como alternativa, están disponibles los sistemas de prensado SANHA® NiroSan® serie 18000 (acero inoxidable) o NiroTherm® Industry (serie 98000).  

Ambos sistemas de prensado (véase también https://www.sanha.com/en/about-sanha/news-and-press-releases/news/5-reasons-to-use-press-fittings/) tienen una mayor resistencia a la temperatura gracias a la junta de estanquiedad FKM y son adecuados para mezclas de agua y glicol en todas las proporciones de mezcla. Sin embargo, a las temperaturas máximas descritas anteriormente, incluso la junta de estanquiedad FKM alcanzan sus límites. Por lo tanto, el sistema de tuberías no debe conectarse directamente a la salida del colector, sino que debe mantenerse una distancia de al menos 3 metros.

En el caso de los colectores de tubos de vacío, se recomienda que las conexiones entre el colector y el circuito solar, así como el resto de conexiones del propio circuito solar, se realicen mediante soldadura fuerte, ya que en los puntos de transición y en el resto de conexiones entre la tubería y los accesorios pueden producirse temperaturas de hasta 280 °C cuando la instalación se vuelve a poner en marcha tras una parada. 

Líneas solares en un tejado

Diseño de la tubería

Las tuberías de ida y de retorno deben colocarse con una pendiente para que el sistema pueda drenarse en caso de necesidad. Para el circuito solar, hay que prestar especial atención al cambio de longitud de las tuberías. Debido a las elevadas diferencias de temperatura que cabe esperar, las tuberías de cobre o acero inoxidable se dilatan varias veces en comparación con una instalación de agua caliente convencional. Esta dilatación en longitud debe tenerse en cuenta mediante una fijación adecuada (dilatadores) y la instalación de codos de expansión o puntos fijos en la tubería.