Calentadores Solares

Un calentador solar es un aparato que utiliza la energía del Sol para calentar aire, agua u otros fluidos. Es una alternativa ecológica y rentable a los sistemas de calefacción tradicionales, que dependen de combustibles fósiles que contribuyen a la contaminación atmosférica y a las emisiones de gases de efecto invernadero. Este artículo trata sobre el diseño y el principio de funcionamiento de los calentadores de agua solares y los calentadores de ambiente solares, los distintos tipos de colectores solares y las ventajas y desventajas de instalar un calentador solar.

Índice de contenidos

• Calentador solar de agua
• Tipos de colectores utilizados en los calentadores solares de agua
• Calentador solar
• Calefactores solares pasivos frente a activos
• Ventajas del calentador solar
• Desventajas del calentador solar
• Aplicaciones
• Preguntas frecuentes

Calentador solar de agua

Un calentador de agua solar es un aparato que utiliza la energía solar para calentar agua. Las dos partes principales de un calentador solar son el colector (figura 2, letra A) y el depósito de almacenamiento de agua (figura 2, letra G). El colector se conecta al depósito de agua a través de varias tuberías, como se ve en la figura 2. El colector solar está orientado hacia el Sol. Consiste en un conjunto de materiales transparentes, como el cristal, para que pueda pasar la luz solar. Un anticongelante ecológico recorre los tubos del colector solar para transferir energía térmica al agua. El calor del Sol se transfiere al agua que fluye por el colector solar.

El colector tiene un tubo de entrada que transfiere el agua fría al colector y un tubo de salida que lleva el agua caliente del colector al depósito de agua.

El depósito de almacenamiento tiene cuatro conexiones de tuberías, como se ve en la figura 2:

• C: agua fría del depósito de agua al colector solar/bomba (bomba en el caso de un sistema activo y colector en un sistema pasivo)
• D: agua fría de una fuente externa que fluye hacia el depósito de agua
• E: agua caliente del colector solar al depósito de agua
• F: salida de agua caliente del depósito de agua para diversas aplicaciones

Calentador de agua solar activo

Los calentadores solares activos utilizan medios mecánicos para transferir el calor de los colectores solares al agua o al fluido. Los calentadores de agua solares activos suelen ser más eficientes que los sistemas pasivos y son más adecuados para grandes necesidades de agua caliente. Una fuente de alimentación externa o un panel solar fotovoltaico alimentan la bomba (Figura 2 etiquetada B).

Calentador de agua solar pasivo

Un calentador solar pasivo no utiliza una bomba para hacer circular el agua por el sistema. Para este proceso, el acumulador debe instalarse a mayor altura que el colector solar. Esto se debe a que el colector solar calienta el agua, que luego sube y fluye hacia el acumulador. La diferencia de altura permite que el agua fluya por el sistema por gravedad. Además, un depósito de agua más alto ayuda a evitar el reflujo y la contaminación del colector solar.

1. El colector atrapa los rayos del Sol, calentando el agua dentro de los tubos que lo atraviesan. La densidad y la masa del agua disminuyen con la temperatura. Cuando el agua del colector está suficientemente caliente, pasa del colector al depósito de agua.
2. El agua caliente ocupa la parte superior del depósito, mientras que el agua fría procedente de una fuente externa llena la parte inferior. El agua fría permanece en el fondo debido a su mayor densidad en comparación con el agua caliente. El depósito de agua está aislado para evitar la transferencia de calor al entorno.
3. El volumen del depósito de agua es constante. A medida que el agua caliente entra en el depósito de agua, la misma cantidad de agua fría fluye desde el depósito de agua y entra en el colector solar para calentarse. Todo el movimiento del agua en el sistema está controlado por las diferencias de densidad entre el agua caliente y la fría.

Tipos de colectores utilizados en los calentadores solares de agua

Los calentadores de agua solares se describen según el sistema de circulación (pasivo o activo) y el tipo de colector.

• Colectores de lotes: Los colectores discontinuos, también llamados sistemas integrados colector-almacenamiento (ICS), calientan y almacenan agua. El colector discontinuo se conecta a la red de agua de una vivienda. La presión de la red de suministro de agua hace circular el agua por el colector, por lo que no es necesaria una bomba. El agua caliente fluye desde el colector discontinuo hasta un calentador de agua. Por lo tanto, se necesita menos energía para calentar el agua hasta los niveles deseados. De hecho, en los meses más calurosos, el agua del colector por lotes puede estar lo suficientemente caliente como para que el calentador de agua ni siquiera necesite funcionar.
• Colectores planos: Un colector plano consiste en una placa de material absorbente del calor, normalmente cobre o aluminio, pintada o grabada químicamente en negro. El agua circula por unos tubos de cobre, llamados tubos ascendentes, que atraviesan la placa en sentido longitudinal. El agua fría entra en las tuberías por la parte inferior y sube a la parte superior a medida que se calienta. El agua caliente fluye desde el colector hasta un acumulador. El conjunto de placas planas se encuentra dentro de una caja aislada y está protegido por un cristal templado.
  • Los colectores planos acristalados son cajas aisladas y resistentes a la intemperie que contienen una placa absorbente bajo uno o varios escudos de plástico o vidrio.
  • Los colectores planos no acristalados tienen una placa absorbente oscura de polímero o metal sin envolvente. Suelen utilizarse para la calefacción solar de piscinas.

• Colectores solares de tubos de vacío: Los colectores de tubo de vacío constan de un tubo de vidrio o metal rodeado por otro tubo de vidrio mayor. El calor entra por el tubo de vidrio más grande y calienta el agua del tubo interior. El espacio entre los tubos es un vacío, por lo que la pérdida de calor del agua es mínima. Los colectores solares de tubos de vacío son los más eficaces del mercado.

Calentador solar

Los calefactores solares calientan el aire de un edificio, proporcionando una fuente de calor. Existen dos tipos de calefactores solares: pasivos y activos. El fluido de trabajo puede ser líquido (agua o soluciones anticongelantes como el propilenglicol no tóxico) o aire. Debido a las diferencias en las propiedades termofísicas de los fluidos, sus características generales de construcción pueden variar, pero el principio básico de funcionamiento sigue siendo el mismo. Los calentadores solares de agua también pueden utilizarse con para calentar el espacio de los edificios.

Calentador solar pasivo

Los calefactores solares pasivos utilizan toda la casa como colector solar mediante la colocación y el diseño estratégicos tanto de la vivienda como del paisaje circundante. Una forma de conseguirlo es orientar las ventanas hacia el sur (hacia el norte en el hemisferio sur), lo que permite absorber al máximo la energía calorífica del Sol. Existen múltiples diseños de calefactores solares pasivos.

• Directo: Un método sencillo de conservar el calor generado por la energía solar es mediante el uso de masa térmica. Se refiere a los materiales que pueden absorber y almacenar calor, liberándolo gradualmente a medida que el Sol se pone. Algunos ejemplos de masa térmica son los ladrillos, el hormigón y los suelos de baldosas. El calor almacenado puede distribuirse por toda la casa mediante procesos naturales como la convección, la conducción y la radiación.
• Indirecto: Un muro solar (figura 5) es un método muy eficaz para edificios bien aislados, ya que aprovecha el poder de la convección natural para transferir calor del colector solar al interior. El colector solar consta de un absorbedor de metal oscuro que absorbe la luz solar y la convierte en calor. A continuación, se transfiere al aire en la cavidad entre el absorbedor y el material de acristalamiento (figura 5). El aire caliente sube y entra en el edificio por una abertura cerca del techo. En cambio, el aire frío del interior se introduce en el colector a través de una abertura cerca del suelo para sustituir el aire caliente expulsado. El muro solar pasivo tiene un mecanismo de autorregulación que ajusta su rendimiento en función de la disponibilidad y la intensidad de la luz solar, maximizando la captación de calor durante los meses de invierno y minimizándola durante el verano. La máxima energía solar se recoge cuando el sol está más bajo en el cielo, es decir, durante el invierno. Durante la primavera y el otoño se produce menos calor. En verano se acumula poco calor, por no decir ninguno, ya que el sol está alto en el cielo. El muro solar recoge el calor durante el día. Durante la noche, una válvula de retención impide el reflujo del aire caliente del edificio hacia el colector. Por lo tanto, la pared solar se autorregula, ya que el sistema se pone en marcha y se para sin necesidad de atención personal.
  • Materiales colectores: Elija materiales de acristalamiento transparentes y duraderos para los colectores solares. El material de acristalamiento aplicado con demasiada fuerza en un colector solar puede provocar grietas. Para evitarlo, se suelen utilizar acristalamientos ondulados, ya que permiten la flexibilidad del material al dilatarse y contraerse. El PVC ondulado es popular para el acristalamiento de muros solares pasivos por su escaso mantenimiento. Sin embargo, el plástico ondulado reforzado con fibra de vidrio (FPR) puede requerir más mantenimiento, ya que el revestimiento de Tedlar utilizado para proteger las planchas de los daños causados por los rayos UV debe volver a aplicarse cada 3 - 5 años.

Calentador solar activo

Las viviendas con sistemas de calefacción solar activa utilizan componentes mecánicos como ventiladores, bombas y soplantes para recoger, almacenar y distribuir el calor por toda la casa. El conjunto de colectores del edificio capta la energía del Sol y la convierte en calor. El ventilador se utiliza para hacer pasar el aire a través del colector solar. Al pasar por el colector, el aire se calienta gracias a la energía absorbida por la superficie del colector. A continuación, el aire caliente se distribuye por la habitación o el edificio mediante un sistema de conductos o un ventilador.

El sistema de distribución está diseñado para repartir uniformemente el aire calentado por toda la habitación o el edificio. Esto puede hacerse mediante una serie de conductos, rejillas de ventilación o registros. El sistema de distribución suele estar conectado al ventilador, que empuja el aire caliente a través del sistema.

Calefactores solares pasivos frente a activos

Los calentadores solares se clasifican en tres categorías: pasivos, activos y una combinación de ambos. Los sistemas pasivos dependen de la convección natural y la radiación, mientras que los activos utilizan medios mecánicos o eléctricos para hacer circular el calor. Los sistemas pasivos son más asequibles y menos complicados que los activos, pero pueden no ser adecuados para zonas con niveles de radiación solar más bajos. En estos casos, los sistemas activos son la mejor opción para reequipar un edificio y aprovechar la energía solar.

Ventajas del calentador solar

• Ahorro de costes: Los calentadores solares tienen un coste de inversión inicial más elevado que los calentadores tradicionales. Sin embargo, pueden reducir considerablemente los costes energéticos utilizando energía solar gratuita en lugar de combustibles fósiles. También tienen una vida útil más larga que los sistemas de calefacción convencionales, lo que reduce aún más los costes de mantenimiento. Los calentadores de agua solares suelen amortizar la inversión más rápidamente, en un plazo de 2 a 4 años, dependiendo del uso y del combustible sustituido.
• Respetuoso con el medio ambiente: Los calentadores solares no producen gases de efecto invernadero ni contaminación atmosférica, por lo que son más sostenibles y ecológicos.
• Fiabilidad: Los calentadores solares pasivos no dependen de la electricidad ni del gas, por lo que son más fiables en caso de cortes de electricidad o escasez de gas.
• Versatilidad: Los calentadores solares pueden utilizarse en diversas aplicaciones comerciales y domésticas, como el calentamiento de piscinas, usos domésticos y diversos procesos industriales. Un calentador solar portátil puede instalarse prácticamente en cualquier sitio.

Desventajas del calentador solar

Los calentadores solares pueden no ser adecuados para climas con nubosidad prolongada, ya que dependen de la luz solar para generar calor. Suelen instalarse en climas más suaves en los que las temperaturas no descienden extremadamente, ya que las tuberías exteriores pueden congelarse cuando hace frío. Además, los calentadores solares tienen un coste inicial más elevado que los sistemas de calefacción tradicionales, pero pueden ofrecer ahorros energéticos a largo plazo.

Aplicaciones

La tecnología solar térmica evoluciona continuamente y cada día se desarrollan nuevas aplicaciones para interiores y exteriores.

• Calefacción: Los calentadores solares de ambiente pueden calentar una habitación y los calentadores solares de interior pueden calentar un edificio entero absorbiendo la luz solar y convirtiéndola en energía calorífica.
• Calentamiento de agua: Los calentadores solares domésticos pueden calentar agua para uso doméstico, como duchas o lavadoras.
• Calefacción de la piscina: Los calentadores solares pueden calentar piscinas, permitiendo un uso prolongado en los meses más fríos.
• Calentamiento de procesos industriales: Los sistemas solares térmicos pueden calentar aire o fluidos para procesos industriales, como el secado de cosechas o la fabricación.
• Cocinar: Los hornos solares utilizan el calor del sol para cocinar los alimentos, eliminando la necesidad de electricidad o gas.
• Secado: El calor solar puede secar ropa, productos agrícolas y otros bienes.

Lea nuestros artículos sobre suelo radiante, infrarrojos eléctricos y calefactores portátiles para obtener más información sobre el funcionamiento de los distintos tipos de calefactores.

Preguntas frecuentes

¿Qué es un calentador solar?

Un calentador solar es un aparato que utiliza la energía del sol para calentar aire, agua u otros fluidos. Se utilizan para diversas aplicaciones, como calefacción, calentamiento de agua y procesos industriales.

¿Qué aplicaciones tienen los calentadores solares de exterior?

Si tienes un gallinero, puedes utilizar una lámpara de calor solar. Un calentador solar de camping puede mantener tu tienda caliente durante la noche. Para calentar un cobertizo, un calentador solar para cobertizo es una buena opción.

¿Se puede utilizar la energía solar para refrigerar?

Sí, la energía solar térmica puede utilizarse para impulsar ciclos de refrigeración por absorción que proporcionen calefacción y refrigeración solar en edificios y otras aplicaciones.