TRANSOL és un programari per al disseny, el càlcul i l’optimització de sistemes d’energia solar tèrmica, fàcil i intuitiu, que posa a l’abast de l’usuari la potència i precisió de càlcul dinàmic del motor TRNSYS. Aquesta eina neix d’un ambiciós projecte d’AIGUASOL i el centre d’investigació francès CSTB (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment).

Per què emprar TRANSOL al disseny de sistemes solars tèrmics?

A efectes pràctics, la majoria de les instal·lacions d’energia solar tèrmica es dimensionen segons el conegut mètode F-Chart; per raons pràctiques, econòmiques i històriques.

Voldríem destacar aquí algunes de les inconsistències d’aquest costum.

No detallarem aquí el mètode F-Chart, però direm que consisteix bàsicament a realitzar simulacions (unes 300) d’un model TRNSYS d’un sistema solar tèrmic que respon segons el sistema hidràulic a continuació:

I ajustar per mínims quadrats els resultats de les simulacions a unes corbes que permeten calcular la fracció solar esperada del sistema.

Tanmateix, el mercat de l’energia solar tèrmica es caracteritza per una gran diversitat de configuracions d’instal·lacions, per exemple:

Si emprem aquest mètode de càlcul (F-Chart), observem que el comportament dels tres esquemes anteriors es comporten de forma idèntica. És evident que això no és cert, i a més, és fàcilment demostrable.

Com a exemple senzill, es comparen en la següent gràfica la fracció solar de les tres configuracions anteriors segons TRANSOL i F-Chart. TRANSOL també es basa en models TRNSYS de sistemes, però en lloc d’una única configuració, com en el cas de F-Chart, inclou uns 40 sistemes diferents.

(Primera Columna – FChart, següents columnes – cada diferent sistema a TRANSOL: SCH_CEN – Centralitzat, SCH_DC – Descentralitzat, SCH_SC – Semicentralitzat)

Segons el mètode F-Chart, els tres esquemes són equivalents, per la qual cosa la fracció solar serà en tots els casos del 83%. Per aconseguir una fracció solar del 71%, n’hi hauria prou amb 13m² de captador segons F-Chart.

Una pregunta freqüent dels usuaris de TRANSOL és: per què aquestes diferències?

La resposta és senzilla, n’hi ha prou amb repassar succintament l’article en què es va publicar F-Chart, per trobar la resposta. El mètode F-Chart s’empra arbitràriament fora del seu rang de validesa (cosa que no impedeix el codi tècnic, a Espanya). Repassem algunes de les hipòtesis del mètode que semblen més rellevants:

Configuració

Ja hem comentat que el mètode F-Chart està basat en un model TRNSYS d’una única configuració i no hauria d’extrapolar-se a altres sense justificació.

Demanda

Segons F-Chart, el valor de la demanda d’ACS està entre 140 i 560 kg/dia. Això no significa que no calgui fora d’aquest rang, però com més s’allunya el nostre sistema d’aquest valor més disminueix la seva precisió.

Captador

El captador se suposa pla, per la qual cosa el seu comportament òptic es caracteritza com a tal. Això és greu en el cas d’instal·lacions amb captadors de tub de buit i altres tipologies de comportament òptic diferent, perquè F-Chart infravalora aquest fenomen, la qual cosa pot conduir a estancaments sistemàtics en operació.

Control de la instal·lació

F-Chart assumeix que la temperatura al captador i a l’acumulador solar mai no aconsegueixen el valor màxim. Això pot ser vàlid per a Madison, Wisconsin (prop de la frontera de Canadà que és la localització utilitzada per deduir el mètode F-Chart) i tecnologia de captadors de l’any 1975, però per a les fraccions solars que obliga el codi tècnic al nostre país i el seu magnífic recurs solar, aquesta és una hipòtesi arriscada.

Exemple d’instal·lació solar tèrmica

Vegem un exemple senzill de com un programa de simulació com TRANSOL és capaç d’ajudar-nos: a Espanya, una de les exigències del codi tècnic és la impossibilitat de barrejar l’aportació solar i l’auxiliar a un mateix acumulador solar. Per això, la configuració de l’esquerra no és vàlida i caldria optar per la solució de la dreta.

Així s’ignora per part del codi un factor: la capacitat de modulació de les calderes instantànies.

Tornem a TRANSOL i realitzem una simulació sota les mateixes condicions d’ambdós sistemes. Segons TRANSOL, el sistema de la dreta aconsegueix una fracció solar del 67 % i el de l’esquerra arriba fins al 70 %. Aquest resultat (enviat a AIGUASOL per un usuari de TRANSOL), resulta poc intuïtiu: no hauria de penalitzar l’escalfament per part de la caldera la producció solar del sistema i augmentar les pèrdues?

Això, si bé és cert, no contempla la interacció entre el sistema solar i el sistema auxiliar; quan l’ACS de l’acumulador solar arriba a la caldera a prop (però per sota) de la temperatura de consigna, la caldera empra la seva potència de modulació mínima (30% en aquest cas), la qual cosa pot sobreescalfar l’ACS i, per tant, penalitzar l’arrossegament de l’energia solar des de l’acumulador al consum.

Si tornem a calcular, fixant una potència mínima de modulació del 0% (caldera modulant perfecta), el sistema passa d’una fracció solar del 67 % al 73 % i el resultat quadra amb l’esperat. L’impacte sobre les emissions de CO2 mereix un article apart, perquè també dona joc per parlar-ne.

Però les calderes reals no modulen de forma perfecta i, a més, interactuen amb el sistema solar tèrmic, per poc que agradi. Es perden aquest tipus d’efectes, que la normativa no té en compte i el mètode de càlcul tradicional no factoriza. I això és energia, diners i estalvi d’emissions de CO2 que es perden i podrien avaluar-se, per a una millor competitivitat de la tecnologia i en benefici de tots els actors del sector.