19 de septiembre de 2016

Energía Estratégica

Por Energía Estratégica.
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Informe técnico-académico: renovables y eficiencia en los sistemas híbridos de energía solar-gas

En una columna especial para energiaestrategica.com, Leila Iannelli y Roberto Prieto, especialistas de la Gerencia de Distribución del ENARGAS, junto a Salvador Gil ([email protected]), quien forma parte de la misma área de ENARGAS y es docente e investigador de la Escuela de Ciencia y Tecnología de la Universidad Nacional de San Martín (UNSAM), analizan eficiencia y amortización de los calefónes solares híbridos.

Para que los sistemas solares de calentamiento de agua, se puedan amortizar en tiempos razonables y brinden la prestación que los usuarios necesitan, agua caliente todo el año, es importante que se complementen con equipos de apoyo eficientes y que minimicen los consumos pasivos. Estas consideraciones serían importantes de contemplar en las nuevas legislaciones de energía solar térmica.

El consumo residencial base (cocción y agua caliente) de gas por usuario es de 1,5 m3/día. Se considera que 0,5 m3/día se emplea en el piloto y perdidas de aislación del artefacto (consumo pasivo), 0,35 m3/día en cocción, y 0,65 m3/día en calentar agua.  O sea que el consumo pasivo de los usuarios residenciales (8,2 millones conectados a la red y 3,5 millones de usuarios de Gas Licuado de Petróleo -GLP-) es del orden de 5,9 millones de m3/día gas natural equivalente, es decir, un sexto de nuestras importaciones de gas.  Además, el consumo de gas asociado al calentamiento de agua y consumo pasivo es del orden de 13,5 millones m3/día. Si se suman los consumos de gas para todos los usuarios residenciales, comerciales y entes oficiales, resulta que en Argentina se destina cerca de 15 millones de m3/día de gas al calentamiento de agua sanitaria, lo que equivale aproximadamente al 45% de las importaciones de gas.

En el territorio argentino en todo el territorio, la radiación solar diaria promedio es de aproximadamente 4 kWh/m2. Por lo tanto, con un colector solar térmico de 2,5 m2 se podría calentar casi toda el agua sanitaria que utiliza una familia.

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En Argentina, los colectores solares más adecuados, son los de calentamiento indirecto, (un líquido caloportador circula por el interior y calienta en forma indirecta el agua de un tanque de almacenamiento).  El líquido caloportador no se congela como ocurre con el agua, ni produce el taponamiento en los colectores, que generan las aguas duras.

Los colectores solares en general requieren de algún equipo convencional de apoyo (gas o eléctrico), para los días sin radiación solar. Estos equipos combinados se denominan sistemas híbridos[1]. Si los colectores se asociarían con sistemas de apoyo eficientes, por ejemplo, calefones modulantes[2] a gas sin piloto, Clase A en el etiquetado de eficiencia energética, el consumo diario de gas utilizado para el calentamiento de agua por usuario, pasaría de un promedio actual de 1,15 m3/día a 0,25 m3/día (un ahorro del 77%). Este ahorro, suponiendo una tarifa de gas de 4 $/m3, implicaría un ahorro anual de $1.314 .

[1]      Sistema solar térmico complementado con un sistema de energía convencional (IRAM).

[2]     Los calefones modulantes, son sistemas de calentamiento de agua sin tanque, que solo calientan el agua que se va a usar en ese momento, pero cuyo aporte calórico, se regula o gradúa según sea la temperatura de entrada del agua, para llevarla a una temperatura prefijada por el usuario, generalmente coincidente con la temperatura de confort, del orden de 42 ºC. Varios fabricantes tanto nacionales como internacionales producen estos equipos. Se los distingue por tener el etiquetado de eficiencia A y tener un display que muestra la temperatura de salida del agua, que el usuario selecciona.

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Los sistemas solares híbridos tienen actualmente un costo aproximado de $20.000 a $35.000, (incluyendo equipo de apoyo e instalación) lo que se llegaría a amortizar en 20 años. Con una producción masiva de estos equipos, su costo podría disminuir considerablemente. Para los usuarios de GLP la alternativa de cambio a un sistema híbrido es mucho más atractiva, ya que el GLP es más costoso y la amortización podría ocurrir en menos de 5 años.

Así, los consumos reales de gas natural empleados en calentar agua pueden variar entre 0,25 a 1,5 m3/día, según la tecnología empleada, ver Figura. Los sistemas de acumulación de agua caliente, como los termotanques, tienen un consumo de mantenimiento asociado al consumo de pilotos y pérdidas de calor, que es muy importante y debe tenerse en cuenta, que varían entre 0,75 a 0,3 m3/día dependiendo de la aislación térmica del tanque.

Así, un sistema híbrido (solar-gas) no genera grandes ahorros sino está asociado a un equipo de apoyo eficiente. Por ejemplo, un colector solar, asociado a un termotanque E, los más comunes en el mercado hasta 2015, consume más que un calefón convencional con etiquetado Clase A. Además, el costo del calefón Clase A, es inferir al colector solar, ya que como se dijo, un sistema híbrido siempre requiere de un equipo de apoyo.  Esto es consecuencia de que el consumo de mantenimiento de un termotanque E (~0,75 m3/día) es superior al consumo de gas necesario para calentar unos 200 litros de agua por día (~0,25 m3/día).

Otra limitación de los termotanques usuales, es que el sistema de calentamiento de agua se activa automáticamente cuando la temperatura de agua está debajo de una cierta temperatura. De este modo, al final de la noche, es usual que el termotanque se encienda automáticamente y caliente el agua, justo antes de la salida del sol, generando un desperdicio de energía. Lo mismo pasa si los usuarios están de viaje, el termotanque sigue consumiendo energía, aún sin consumo de agua.  El calefón modulante A, al no tener piloto, tiene una clara ventaja, no consume cuando no se usa y solo aporta calor al agua en el momento que el usuario lo requiere o si el sol no pudo hacerlo.

Un sistema de apoyo usual de los equipos solares, son los termotanques eléctricos, cuando la electricidad es más fácilmente accesible que el gas natural o el GLP, como ocurre en el NEA. Una característica crucial que deben tener estos termotanques es que las pérdidas de calor (consumo pasivo) sean lo más pequeñas posibles, equivalente a un termotanque Clase A según la Norma IRAM 62410.  Algunos fabricantes ya cuentan con modelo de termotanques eléctricos Clase A, que regulan la temperatura de la parte superior del tanque, de modo que solo mantienen caliente una pequeña reserva de agua caliente.

Hay varios modos de reducir nuestros consumos de energía en el calentamiento de agua sanitaria, además del uso de energía solar térmica. Por ejemplo, usando un calefón Clase A. Esto significa que un plan de promoción de sistemas solares térmicos, no debe desatender las consideraciones de eficiencia, si se quiere reducir el consumo de gas y disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero.

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Un aspecto clave es el desarrollo de normas que los equipos híbridos deberían cumplir obligatoriamente en todo el territorio nacional. Es importante tomar como base las normas IRAM, complementadas con una normativa muy precisa sobre los equipos de apoyo.  Es importante señalar la importancia del desarrollo de Normas Argentinas de Gas (NAG) que está homologando el ENARGAS relativo a los equipos de apoyo a los sistemas híbridos. Además, es necesario crear un organismo como autoridad de aplicación para la regulación y promoción de la energía solar en la Argentina.

Tanto por razones económicas como medioambientales, sería conveniente una intervención del Estado en el establecimiento de regulación y estándares de eficiencia para racionalizar el consumo de energía y promover el desarrollo de una importante industria nacional, como lo es la solar térmica. La fabricación local de equipos convencionales más eficientes y sistemas solares de calentamiento de agua generaría empleos, promovería un importante desarrollo industrial, diminución en las importaciones de gas y mitigación de las emisiones de gases de efecto invernadero.

Finalmente, es necesario un programa con iniciativa del Estado, que impulse la producción y adquisición de sistemas solares híbridos y la formación de instaladores y personal de mantenimiento de este tipo de equipamiento. La financiación y disminución de los costos de los equipos híbridos de calentamiento de agua, es fundamental para posibilitar su desarrollo.

2 Comentarios

  1. Avatar Jorge Poppi dice:

    Gracias Salvador por tus claras explicaciones. Es fundamental que gente con mucho conocimiento asesore en solar térmica, que es un asunto para nada trivial si se quiere encarar responsablemente. Todos estamos aprendiendo con cada instalación, y cada una de ellas es un caso particular.
    En cuanto a los posibles incentivos del Estado, como siempre recuerdo que hay publicados estudios de diferentes políticas aplicadas en muchos países, que pueden servir de base y experiencia para la consideración de la que más convenga en la Argentina.

  2. Muy interesante este informe, los sistemas de apoyo que mencionan son con calefon o termo a gas de diferentes eficiencias y tecnologías, creo que falto mencionar un sistema que es bastante eficiente: calentador solar como apoyo una resistencia eléctrica con el encendido controlado y programado con un controlador con termostato diferencial, en ese caso el calefon o termo tanque seria eliminado de la instalación.

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