Existe un recurso natural muy significativo que nos provee energía y es como la fuente de radiación electromagnética más importante en la tierra, ¡El Sol!; esta radiación en forma de luz es energía la misma puede transformarse en eléctrica, mecánica o bioquímica, entre muchas más, lo que con el transcurrir de los años se ha ido estudiando y evolucionando para poder aprovechar al máximo esta fuente de energía natural.
El sol nos regala 1 200 Joule cada segundo por metro cuadrado de superficie, lo que equivales a 1.2 KWh (unidad de medición que se utiliza para vender la energía eléctrica).
El hombre ha logrado aprovechar toda esta energía convirtiéndola en electricidad por medio de los paneles fotovoltaicos, después de almacenada y convertida en corriente alterna para la utilización de electrodomésticos e iluminación en el hogar. Con ella se logra solo una eficiencia energética del 20 % lo cual no es óptimo por ejemplo para la alimentación de calentadores eléctricos.
Para lograr producir calor con la energía solar son utilizados los Colectores Solares Térmicos, equipos que captan la luz solar en una superficie de color negro transformándola en calor, y se pasa al liquido a calentar que en nuestras viviendas es agua, pero que en la industria pueden ser otros líquidos.
La gran mayoría de los diseños comerciales de colectores solares (calentadores solares de agua) funcionan. Lo importante es escoger adecuadamente el colector apropiado, por su tipo y las características según el uso que se le pretende dar, según el rango e temperatura a usar y las condiciones ambientales donde se colocaran.
Tipos de Calentadores Solares de Agua
En el mercado existen muchísimos diseños y tipos de colectores solares durables, eficientes, fiables y de costos asequibles que se encargan de calentar el agua de tu hoja, tu piscina, industrias, hoteles, etc.
- Según las características de la superficie que capta la energía solar se pueden encontrar:
- Colectores solares plásticos: Su elemento captador es a base de polietileno reticulado, su temperatura es de 40°C máximo con una eficiencia del 50% y temperatura ambiente de 23°C.
- Colectores solares con plato captador de tubos y aletas de cobre y/o aluminio: Su temperatura es de 60°C máximo con una eficiencia del 50% y 23°C de temperatura ambiente.
- Colectores solares con recubrimiento negro de alto coeficiente de absorción y bajo coeficiente de emisión: Alcanza un 70°C máximo con una eficiencia de 60%, con un recubrimiento selectivo color negro, especiales para la absorción.
- Según las características de la caja:
- Colectores solares sin cajas: Es utilizado frecuentemente para el calentamiento de piscinas de recreo, son combinados con captadores plásticos bajando de esta manera sus costos, con una eficiencia de 50% o más, alcanzando un máximo de 35°C y 23°C de temperatura ambiente.
- Colectores solares planos diseño estándar: La caja contenedora es un recinto con aislamiento térmico por el fondo y laterales. Por la parte expuesta al sol se tiene un cristal templado con bajo contenido de hierro, de alta transmisividad de la radiación solar, por lo general superior a 92%. Su función se centra en dejar pasar la radiación, reducir la pérdida del interior al exterior, atrapando la emisión saliente de energía formando un efecto invernadero en el colector. Pueden instalarse diferentes calidades de platos captadores.
- Colectores solares con caja de doble cristal: Su caja hermética tiene un doble cristal para lograr la disminución de pérdidas térmicas. En países mas fríos se logra que la eficiencia no caiga en gran cantidad en invierno, y en los países más cálidos la temperatura de trabajo eficiente puede llegar hasta 90°C.
- Colectores solares con tubos al vacío: La superficie captadora en este tipo de colector se encuentra en el interior de un tubo de vidrio, alcanzando la alta eficiencia en cualquier temperatura ambiente. Su temperatura de trabajo es de 80°C hasta 120°C según la tecnología que se escoja.
Beneficios en la utilización de instalaciones de energía solar térmica
- La fuente de energía que utilizan es inagotable.
- Se eliminan las emanaciones a la atmosfera de gases con efecto invernadero, contribuyendo a la prevención del cambio climático.
- Tienen una vida útil de 25 años aproximadamente.
- Su mantenimiento y consumo de energía es mínimo.
- Representa una inversión segura, eliminando los costos adicionales por el aumento frecuente del coste de la energía eléctrica.
Instalación de Calentadores solares de agua
Todos los sistemas solares térmicos están compuestos por captadores solares, tanques de almacenamiento, intercambiadores de calor y en instalaciones de mayores dimensiones instalan mecanismos de bombeo y controles automáticos.
Los Calentadores más utilizados en el sector doméstico son los planos o colectores solares con tubos al vacío, dentro de estos están tubos al vacío tipo “wáter in glass”, tubos al vacío tipo “Tubo en U” y tubos al vacío tipo “HEAT PIPE” (tubo calórico con aletas).
Para su instalación deben ubicarse orientados al sur en el hemisferio norte, inclinados sobre la horizontal con un ángulo similar a la latitud del sitio +- 10°C, evitando que reciban cualquier sombra y se encuentre lo más cercano posible al punto de consumo.
La mayoría de los fabricantes le agregan una resistencia eléctrica al tanque, que debe ser colocada en la mitad superior y regularla a 45°C como máximo; se debe recordar que la función de este tipo de instalaciones es el ahorro de energía y que este se logra manipulando la resistencia eléctrica a la menor temperatura posible.
Características de los calentadores solares de agua planos, con tubos al vacío.
- Calentadores solares de agua planos:
- En días de radiación solar normal, obtiene temperaturas superiores a los 60 °C.
- En días nublados logra temperaturas mayores a 40°C.
- Su comportamiento térmico es menor a otros colectores solares. La eficiencia se encuentra entre 30% y 50%.
- La instalación y montaje es sencilla pero debe ser por medio de un especialista.
- Si su vidrio se rompe puede continuar trabajando, pero con eficiencia mucho menor.
- Son sensibles a las incrustaciones ya que las tuberías del plato absorbedor son finas (de diámetro muy pequeño). De presentarse este inconveniente debe realizarse una limpieza química.
- No resisten vientos fuertes por tener forma apantallada. En condiciones climáticas extremas, como advertencias de ciclones debe procederse a su desmontaje.
- Pueden trabajar con presiones en el tanque-termo superiores a 4 atmósferas.
- Calentadores solares de tubo al vacío:
- Rendimientos superiores al tener baja emisividad del tubo (0,08) y alta absorbencia (0.93).
- En días nublados logra temperaturas de 40°C.
- Los días de radiación solar normal, alcanza temperaturas superiores a los 75°C.
- El comportamiento térmico es superior en comparación con otro calentador solar, trabaja a más de 80°C de temperatura y con una eficiencia mayor a 50%.
- La forma curva del tubo de vidrio proporciona una mayor resistencia de impacto.
- No es sensible a las incrustaciones, se debe limpiar una vez al año y su montaje es fácil.
- Se puede trabajar con presiones en el tanque-termo superiores a cuatro atmósferas. (En dependencia del tipo de calentador solar que se escoja)
- Resisten vientos fuertes, y si el montaje ha sido correcto, no es necesario desmontarlos durante condiciones climáticas extremas.
- Admiten adaptarse mejor a aquellos casos donde no es posible una instalación en la inclinación o dirección adecuada, donde los paneles planos tendrían muy poco rendimiento.
- Tecnología HEAT PIPE de tubos al vacío:
Es un Tubo de cobre de pared fina que tiene una ampolleta en uno de sus extremos y en su interior se halla una sustancia que es líquida a temperatura ambiente en la que ocurre un doble cambio de fase, líquido-vapor y vapor-líquido, tiene una aleta para aumentar la captación solar y esta colocada en el interior del tubo al vacío que sirve como caja contenedora.
- Al tocar la radiación solar al tubo calórico, este calor producido hace que el líquido se evapore y ascienda hasta la ampolleta que tiene un abultamiento para ampliar el área de transferencia de calor, permitiendo aumentar la transferencia de calor al medio que la rodea; el líquido condensado (al ceder el calor) corre por la pared del tubo hasta la parte inferior repitiéndose el ciclo.
Si la radiación solar es grande, mayor es la cantidad de líquido evaporado y por consiguiente más energía transferida al agua.
Lo positivo de esta tecnología, es que la transferencia de calor al agua se centraliza en la ampolleta resultando oportuno para el mantenimiento, siempre y cuando se mantenga limpia y libre de incrustaciones y sarro.