Tecnología solar Protozeus, agua caliente y calefacción con colectores solares de aire

La energía solar térmica de uso doméstico tiene una opción que aúna la sencillez con eficacia. Se trata de la tecnología Protozeus, una tecnología chilena para obtener a la vez agua caliente y calefacción con energía solar pero con procedimientos algo diferentes a los empleados convencionalmente.

Es en la conjunción de sencillez y eficacia que tiene esta tecnología donde radica su gran interés, ya que se ha sabido combinar magistralmente materiales cotidianos y técnicas conocidas para lograr unos muy interesantes resultados. Estamos ante una tecnología que consideramos que tiene el potencial para suponer una pequeña revolución en el mundo de la energía solar térmica de uso doméstico.

¿Cómo es Protozeus?

Protozeus una patente desarrollada en Chile por el Ingeniero Pablo de Goyeneche.

La tecnología Protozeus prescinde, contrariamente a lo habitual en la energía solar térmica doméstica actual, del uso del agua para captar y almacenar calor. En su lugar emplea el aire y el concreto (hormigón).

Así, la captación de energía solar se hace en unos colectores solares de aire, específicos para tal función.

Con el uso del aire como elemento para captar el calor del sol, se evita toda una serie de problemas que el manejo del agua implica. El aire caliente que sale de los colectores es usado en si mismo como fluido caloportador para, o bien emplearlo de forma directa para calentar una vivienda, o bien llevarlo hasta el acumulador para almacenar su energía calorífica.

El acumulador es quizá la gran novedad del sistema ya que está constituido por un bloque de hormigón. Desde este novedoso depósito de calor es posible obtener tanto agua caliente como calefacción. Esta doble aplicación supone también una novedad porque hasta ahora, los muy poco difundidos sistemas solares de aire, proporcionaban solamente calefacción.

Componentes de la tecnología solar Protozeus.

Colectores solares.

Es el lugar donde empieza el ciclo de aprovechamiento de la energía del sol. Aquí se transforma la luz solar en aire caliente. Al ser colectores específicos para aire son ligeramente diferentes a los que emplean agua. Estos colectores carecen de la parrilla de tuberías, calentándose el aire directamente en contacto con las paredes internas de color negro.

Estos colectores son capaces de elevar la temperatura del aire con respecto a la del aire entrante en 25º C aproximadamente. Han sido testados en laboratorio y su curva de rendimiento muestra que son capaces de trabajar con una eficiencia máxima cercana al 60 %, llegando a alcanzar temperaturas máximas de hasta 80°C.

Se pueden instalar sobre el tejado tal como se hacen con los colectores de agua o bien, en caso de que se instale el sistema en el mismo momento de la construcción de la vivienda, integrarse en la estructura del edificio, quedando con la apariencia de un ventanal.

Los colectores de aire son más simples que los de agua, sin conductos internos que puedan tener fugas. En caso de tener alguna fuga el colector en su carcasa, esta no supone ningún problema ya que el elemento dentro del colector y fuera es el mismo, aire atmosférico. Además, el aire no puede congelarse por lo que resulta inmune a las heladas, no siendo necesario el uso de las estrategias anticongelamiento de los sistemas de agua (separación de circuito primario con anticongelante y secundario con agua de uso, etc.). Tampoco puede hervir ni producir vapor con el consiguiente aumento peligroso de presiones. Por ello los colectores no necesitan válvulas antipresión ni purgadores de ningún tipo.

Por último el aire a las temperaturas de trabajo del equipo no puede quemar. Aunque las temperaturas de trabajo son altas, al tratarse de aire y portar menos energía, este no tiene la misma capacidad de quemar que el agua a temperatura igual. Con ello se evitan los posibles accidentes de quemaduras en el mantenimiento de los paneles que, aunque son poco frecuentes, puede llegar a producirse en los sistemas de agua.

Conductos.

Los conductos de los sistemas solares térmicos de aire son notablemente más grandes que los de agua. El aire es un fluido menos denso y con una menor capacidad para contener calor que el agua. Por ello, para transportar una misma cantidad de calor, será necesario una mucha mayor cantidad de aire que de agua. Este hecho, unido a las características del aire al moverse, hacen necesarios unos conductos más grandes en comparación con las tuberías de agua.

Los conductos no presentan problemas de congelamiento y posible avería que tienen las tuberías de agua, ya que el aire no se congela. Las posibles fugas tampoco supondrán un problema por la misma razón que en el caso de los colectores.

Circulador de aire y sistema de control.

El circulador bombea el aire calentado por los colectores hacia el interior de la vivienda, directamente para calefacción, o bien hacia el acumulador de calor para su posterior uso. Un sistema de control permite seleccionar la opción que se desee.

Los circuladores de aire son más sencillos que los de agua. No tiene riesgo de dejar de funcionar por presencia de burbujas ni por cavitaciones u otros problemas que si presentan los de agua.

Acumulador de calor.

El acumulador, en vez de emplear agua que es lo convencional, está constituido por un bloque de hormigón recubierto de aislante térmico.

Para acumular calor en el hormigón se hace circular el aire caliente por el interior del bloque a través de unos conductos. El acumulador de hormigón tiene la capacidad de absorber entre el 70 % y el 90 % del calor del aire .Posteriormente, el calor puede ser extraído del acumulador como aire caliente, recirculando aire en su interior, para calefacción, o en forma de agua caliente sanitaria.

Para calentar el agua el sistema Protozeus dispone una cañería de agua sanitaria que circula por el interior del boque de concreto/hormigón la cual hace las veces de intercambiador de calor. El agua que entra fría, en contacto con la cañería que está en contacto con el concreto caliente, absorbe calor y sale del acumulador caliente.

El acumulador, para las configuraciones establecidas por el fabricante es capaz de alcanzar temperaturas de hasta 55°C. Suficiente para las aplicaciones de agua caliente sanitaria donde la temperatura adecuada en de en torno a los 45°C y de calefacción que requiere temperaturas de entre 18°C y 24°C . Estas temperaturas, moderadas aunque suficientes, limitan la aplicación de la tecnología al uso doméstico de calefacción y agua caliente sanitaria, cerrando, a priori los requerimientos de agua a temperaturas más altas, que sí que están al alcance los sistemas que usan agua.

Dado que la capacidad para contener calor del concreto es inferior a la del agua a igualdad de volumen, para lograr almacenar la misma cantidad de calor será necesario una masa mayor de concreto. Por eso, los cumuladores solares Protozeus son de un volumen mayor que lo que serían en caso de ser de agua para obtener los mismos resultados. 2.9 kilos de hormigón tienen la misma capacidad de contener calor que 1 kilo (1 litro) de agua.

Sin embargo el concreto / hormigón es de una mucho más fácil integración, ya que se puede adosar a un muro de la vivienda o enterrarse, cosas que son imposible o muy complicadas de hacer con los acumuladores de agua. Al estar aislado térmicamente puede conservar el calor acumulado en su interior aún estando en exterior en momentos fríos.

También, si la instalación del sistema se hace en el momento de construir la vivienda, el acumulador puede integrarse en los propios muros de la misma, en zona de relleno (sin función estructural).

El acumulador está compuesto de un material muy conocido, usado y manejable como es el hormigón el cual está al alcance de todo el mundo. El acumulador no tiene riesgo de fugas, ni de acumular vapor o presión, no necesitándose ni válvulas antipresión ni vasos de expansión. El hormigón tiene una garantía de vida de 30 años como mínimo.

Combinación del sistema Protozeus con otras fuentes de calor.

Al igual que el resto de sistemas solares térmicos domésticos, el sistema Protozeus puede complementarse con sistemas de agua caliente y calefacción convencional que entren en funcionamiento en momento de climatología adversa (sin sol). De esta forma se puede garantizar siempre la disponibilidad de agua caliente sanitaria.

La mejor opción, dentro de las convencionales, son los calefont (calentadores) de paso, ya que en momentos desfavorables cuando aun quede un poco de calor en el acumulador pero la temperatura sea insuficiente, el calefont de paso, solo tendrá que aportar la parte de calor complementario derivándose de ello un ahorro.