Acumulación térmica para un sistema solar de calefacción activo

Abstract

La energía solar es un recurso dependiente del tiempo. Los requerimientos de energía también son dependientes del tiempo, pero muchas veces no coinciden con la disponibilidad del recurso solar. De aquí nace la necesidad de usar sistemas de almacenamiento de energía.

Una aplicación de particular interés en los sistemas solares es la calefacción de viviendas. En estos sistemas la demanda está desfasada con la abundancia del recurso solar por lo que requieren de un sistema de a almacenamiento.

El objetivo general de este trabajo es aportar a la investigación y desarrollo de los sistemas de almacenamiento de energía solar térmica aplicados a calefacción de recintos, dando particular énfasis a los sistemas de lecho de material encapsulado. El trabajo se enmarca en el proyecto GeVi (Generador Virtual), el cual pretende suplir, por medio de energías renovables no convencionales, gran parte de las necesidades energéticas del poblado de Huatacondo, ubicado en la Región de Tarapacá, Chile. Entre estas necesidades se considera brindar calefacción a una vivienda por medio de energía solar.

Se hace un estudio detallado del estado del arte de la acumulación solar térmica para calefacción de recintos, para luego realizar un diseño y construcción de un acumulador para una vivienda del poblado de Huatacondo. Este acumulador almacena la energía en un lecho de agua encapsulada.

Se estudia por medio de un modelo la transferencia de calor en el acumulador fabricado y finalmente se le realizan ensayos en un modulo experimental que valida el modelo teórico aplicado. Los ensayos realizados concluyen que el modelo aplicado predice de manera satisfactoria el comportamiento térmico del acumulador diseñado, sin embargo existen ciertas diferencias que se deben a supuestos inexactos tomados en el modelo y a dificultades en la toma de medidas. El acumulador estudiado presenta un alto grado de estratificación, bajas pérdidas térmicas, alta capacidad de almacenamiento por unidad de volumen, se puede implementar con un colector solar de aire, tiene un costo económico relativamente bajo y es de fácil construcción e implementación. Estas características lo hacen favorable frente a otras alternativas de acumulación térmica para calefacción, tales como acumulación en tanque de agua, en materiales con cambio de fase y lecho de rocas.

A futuro se sugiere que se realice un estudio del comportamiento del sistema completo de calefacción, considerando el acumulador, el colector solar y el recinto a calefaccionar como elementos interdependientes.