Energía Solar Térmica

Energía del Sol para Calentar

La energía solar térmica o termo-solar es la forma más fácil y directa para aprovechar la energía del sol. Con simples mecanismos se logra un aumento formidable de la temperatura. ¿Quién de nosotros en su juventud no usó una lupa para hacer fuego o quemar papeles? Fácilmente se puede conseguir temperaturas de más de 500º Celsius!

Concentrator solar para producir calorLo mismo es posible a gran escala con espejos para concentrar la energía solar. Se usa por ejemplo en la industria para producir vapor para generadores, para la esterilización y muchos otros fines o simplemente para cocinar con el sol sin gastar ni un centavo en leña, gas o electricidad!


Calentar el agua es simple, práctico y económico

Usar la radiación solar para calentar tiene dos grandes ventajas:

  • Los sistemas normales son simples y se pueden fabricar fácilmente de materiales comunes y así cuestan poco en relación a otras técnicas para aprovechar la energía del sol. El mantenimiento es mínimo y su vida es parecida a cualquier otro sistema para calentar agua y depende principalmente de la calidad del agua.
  • Convertir la radiación solar en calor es muy eficiente. Bajo condiciones ideales se puede convertir más de 80% de la energía solar disponible. Este alto rendimiento es aproximadamente cuatro veces mayor que el de paneles solares fotovoltaicos para generar electricidad!

Colector o captador solar plano

Colectores Solares Planos

Hay muchas formas de aprovechar la energía solar. La más conocida y usada es captar el calor del sol pasando agua por tubos de cobre con una capa negra bien aislados que absorben la radiación al máximo. Frecuentemente se conocen como colectores solares planos, captadores solares o paneles solares térmicos (vs. paneles solares fotovoltaicos) donde los tubos de cobre están en una caja cubierta de vidrio. Bajo el sol se logran temperaturas del agua hasta 70 grados, más que suficiente para el uso normal (para una ducha caliente solamente se usa una temperatura de aproximadamente 40ºC).

Colector con tubos al vacíoColectores Solares de Tubos al Vacío

Otra opción son tubos al vacío que tienen, por su mejor aislamiento tipo 'termo', la ventaja de perder menos calor al ambiente y una orientación exacta hacía el sol es menos importante. Existen dos sistemas principales: los de 'flujo directo', donde el agua a calentar fluye directamente por los tubos y el sistema 'heat-pipe',Tubo al vacio tipo 'heat-pipe', un esquema de construcción y funcionamiento donde el proceso de calentamiento se realiza por evaporización-condensación en un pequeño tubo de cobre que contiene una mezcla de alcoholes. Vía un intercambiador se transfiere el calor al agua (vea diagrama). Son algo más caros que colectores planos, pero pueden ser favorables cuando la diferencia entre la temperatura del agua caliente y el ambiente es alta o la luz es difusa y menos intensa, por ejemplo durante épocas de neblina. Los tubos tipo 'flujo directo' son muy eficientes y funcionan bien al inicio pero tienen varias desventajas, entre otras su poca resistencia a la presión.

 

Eficiencias de los colectores solares

La eficiencia de los colectores depende aparte de su calidad, de la radiación solar y otros factores, esencialmente de la diferencia de la temperatura entre el ambiente y el agua en los colectores. Hay varios institutos que analizan y certifican el rendimiento de los colectores. Uno es el  Instituto Suizo de Técnica Solar (SPF, Institut für Solartechnik) que publica el rendimiento de los colectores  (en español) que permite apreciar y comparar el rendimiento de los colectores certificados bajo condiciones estandarizadas.

Eficiencias de diferentes colectores o captadores solaresEl diagrama esquemático a la izquierda ilustra las principales diferencias entre colectores al vacío (rojo), colectores planos (verde) y paneles de absorción (azul), usado para temperar piscinas. El área gris representa el rango normal del agua caliente para la ducha, lavar o la cocina. La ventaja de los tubos al vacío es obvia cuando la diferencia de las temperaturas es alta, pero también muestra que en sistemas con diferencias de temperaturas menores, paneles planos o de simple absorción (en el caso de piscinas) funcionan mejor. En la mayoría de los casos, colectores planos son la mejor opción en términos de eficiencia y precio.

El agua calentada se mantiene siempre en tanques bien aislados que permiten guardar la temperatura para el día siguiente (nadie quiere ducharse con agua fría …). Un buen aislamiento es de suma importancia para la eficiencia de todo el sistema.

Para el Perú, estos sistemas de calentar el agua son ideales. Por la intensa radiación solar en gran parte del país, sistemas simples a precios accesibles son suficientes para la gran mayoría de la población. En promedio, se amortizan en menos de cinco años! Hogares que usan electricidad para calentar el agua pueden ahorrar frecuentemente un tercio de sus pagos mensuales, bajo algunas condiciones hasta más de la mitad.

Contrario de una creencia común, termas solares también funcionan en invierno en la costa con periodos prolongados de neblina o en invierno, donde significativamente reducen (y con sistemas más sofisticados eliminan) los gastos para calentar el agua.


Aquí se puede descargar el 'Libro integral sobre calentar agua con energía solar', un libro (en inglés) sobre la historia de calentar agua con energía solar escrito por David A Baindridge en 1981. Presenta los detalles sobre el uso y el desarrollo desde 1902 con fotos históricas. Es considerado básico para estudiantes, ingenieros y arquitectos interesados en el tema.


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