Colector Solar

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Es la canícula y el sol pega con fuerza en los edificios de la ciudad. En aquellos que tienen climatización mecánica, los equipos trabajan al 100 % para abatir la carga térmica del día. Pero no en todos… algunos utilizan colectores solares para aprovechar los rayos ultravioleta del sol e inyectar temperatura a los sistemas

Javier Vadillo / Imágenes: cortesía de SolXEnergy Latam Corp

El aire acondicionado y la refrigeración para el control de la temperatura son dos de los mayores consumidores de energía a nivel global, ya que constituyen una proporción importante del gasto eléctrico en edificios comerciales, residenciales, supermercados y centros de distribución.

Las unidades HAVCR convencionales bajan su eficiencia en las horas de mayor carga térmica (entre las 12 pm y las 4 pm), precisamente cuando más se requiere que trabajen. En el caso de un colector solar, en cambio, cuanto más brilla y calienta el sol, mayor será el ahorro energético y el calentamiento del refrigerante.

La idea en la que se basa esta tecnología es tan simple como eficaz: si lo necesario para que el refrigerante libere calor y condense es tener una temperatura superior al medioambiente, ¿por qué razón no utilizar la energía gratuita del sol para asistir al compresor en esa función?

Esta es la propuesta de SolXEnergy, una empresa con sede en Gran Bretaña, especializada en el uso perceptivo de la recolección solar térmica para enfriamiento y calefacción residencial o comercial. Sus colectores solares están diseñados y patentados para aprovechar los rayos del sol mediante el proceso de absorción de calor, y pueden ser utilizados para cualquier tipo de aplicación que requiera control de temperatura y una mayor eficiencia.

Figura 1. Esquema de funcionamiento de un colector solar

FUNCIONAMIENTO
Cabe aclarar que esta solución no es un tipo de tecnología fotovoltaica, pues no genera electricidad; lo que sí ofrece es una mejora en la eficiencia termodinámica de la unidad HVACR para que consuma menos electricidad durante su operación.

Los sistemas HVACR enfriados por aire deben llegar a una temperatura ambiente y lograr la Delta T para condensar el refrigerante. Los colectores solares, en cambio, inyectan calor al sistema para llegar más rápido a la temperatura deseada, pero sin afectar la presión. Esto es posible debido al comportamiento termodinámico del refrigerante (entalpía) que mejora en sus condiciones al subir la presión del sistema.

Ubicado entre la descarga del compresor y el condensador, el colector se adapta a la mayoría de los equipos existentes: tipo tornillo, inverter, scroll digital y escalonado, ya sea en modo de calefacción o de enfriamiento. El compresor actúa como una bomba, proporcionando el flujo de ciclo necesario.

El “truco” detrás de esta tecnología radica en la Ley de Gas Ideal. El refrigerante se calienta en la descarga del compresor, antes de ingresar al condensador térmico. El calor ganado incrementa la energía cinética de las moléculas del gas, sin aumentar la presión de descarga del compresor. Las partículas chocan entre sí y rebotan con un aumento de energía, lo que significa un flujo natural de volumen de masa con un Delta T mejorado en el condensador. Esto eleva el diferencial de temperatura con el ambiente y el refrigerante, lo que a su vez eleva la capacidad de retirar calor del condensador; es decir, un proceso térmico de enfriamiento y calentamiento más eficiente.

Figura 2. Instalación de un colector solar en modo enfriamiento

El compresor puede descargar parte de su capacidad, ya sea por control de etapas, variación de velocidad o uso de sistemas de dos o más compresores en tándem. El sistema se equilibra a un nuevo régimen de operación en el que el compresor no requiere operar con todas sus etapas de carga.

En el modo de calefacción, el sistema funciona casi de la misma manera, pero ahora el flujo cambia en comparación con el modo de refrigeración. El calentamiento gratuito adicional del refrigerante en el recolector permite al compresor reducir su carga y, por lo tanto, el consumo de energía.

Por la noche, el colector solar actúa como un subenfriador que aumenta la eficiencia y el ahorro eléctrico. En aplicaciones de calefacción con bombas de calor, el calentamiento asistido por el sol también aumenta la energía térmica en el interior del cuarto y reduce la operación del compresor.

El resultado es una reducción del consumo eléctrico, mejor subenfriamiento y alta eficiencia energética. Lo anterior se traduce también en un menor mantenimiento y deterioro del compresor, así como en una rentabilidad adecuada para la sustitución de tecnologías.

Figura 3. Instalación de un colector solar en modo calefacción

El beneficio energético se estima entre un 40 y 60 por ciento por encima de las tecnologías Inverter, con récords de eficiencia superiores de hasta un 75 por ciento en algunas aplicaciones. La cantidad de colectores requeridos depende de la carga térmica máxima del sistema.

Adicionalmente, el Retorno de la Inversión (ROI) para un colector solar se calcula para unos cuantos meses, a diferencia de un sistema fotovoltaico convencional con un ROI de entre 5 y 12 años.

CARACTERÍSTICAS

  • Disponible a partir de equipos de 5 toneladas de refrigeración (inverter, scroll digital y sistemas de compresión por etapas)
  • Sin restricciones de tamaño máximo en todos los rangos de temperatura, desde divisiones individuales hasta enfriadores industriales pesados ​​y VRF
  • Sin partes móviles, eléctricas o de control
  • Vida útil de 20 años

BENEFICIOS

  • Menor consumo energético en sistemas escalonados de velocidad fija, tipo inverter y desplazamiento digital de hasta 75 por ciento
  • Reducción de la carga de trabajo del compresor
  • Disminución de emisiones de CO2
  • Aumenta la vida útil del sistema HVACR

Si bien la eficiencia de los equipos de climatización (medida en coeficientes SEER, COP, EER, IPLV, etcétera) ha mejorado significativamente desde 1985, desembocando en muy buenos rendimientos a través de la incorporación de nuevos refrigerantes y la tecnología de motores con inversores, el ciclo termodinámico bajo el que operan poco o nada ha cambiado. De ahí la relevancia de la tecnología de recolección solar, una solución sostenible y ahorradora que promete transformar el ciclo termodinámico.
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Javier Vadillo
Director técnico de SolXEnergy Latam Corp.