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Paneles solares termodinámicos: 7 preguntas que debes responder antes de adquirirlos

Los paneles solares termodinámicos son una solución que no solo es amigable con el medio ambiente sino con tu bolsillo, y bien instalados pueden llegar a ahorrarte hasta un 75% del consumo de electricidad en tu hogar. Hoy responderemos 7 preguntas habituales sobre los sistemas de paneles solares termodinámicos y conocerás cómo te pueden ayudar a ahorrar en tu hogar o empresa.

1. ¿Qué es la energía solar termodinámica?

La energía que irradia del sol en forma electromagnética llega a la superficie de la tierra en tres tipos:

  • Luz
  • Calor
  • Radiación ultravioleta

Esta energía, puede ser aprovechada a través de paneles solares fotovoltaicos, paneles solares térmicos o espejos de recolección de energía térmica concentrada para su aprovechamiento en aplicaciones de la vida cotidiana.

La energía térmica (calor) aprovechada para el desarrollo de un ciclo por medio de un refrigerante es la aplicación tecnológica denominada energía solar termodinámica.

2. ¿Cómo funcionan los placas solares termodinámicas?

Los paneles solares térmicos son dispositivos que se montan en el techo de un hogar o en un terreno libre de sombras tal como se hace con los paneles solares fotovoltaicos, con el objetivo de usar el calor del sol para calentar un refrigerante y transferir su calor al agua, que será almacenada en un cilindro aislado térmicamente para el posterior consumo o para adecuar la temperatura de un espacio.

Con un funcionamiento similar al de una bomba de calor, la energía solar puede ser aprovechada a través de un ciclo de Carnot inverso para proveer agua caliente o para ajustar la temperatura interna a niveles de confort de un espacio que incluso esté ubicado en una locación con temperaturas por debajo de los -10°C.

Los paneles absorben calor de la atmósfera para convertir un refrigerante (en estado líquido) en gas. Luego, el refrigerante pasa a través de un compresor que aumenta su presión y por ende su temperatura.

El refrigerante en fase líquida tiene temperaturas que pueden rondar los -20°C a -30°C, lo que les permite absorber calor del ambiente para luego cederlo en aplicaciones del hogar.

Existen dos tipos de paneles térmicos:

Colectores de placa plana

Los colectores de placa solar termodinámica plana son paneles son parecidos a los paneles solares fotovoltaicos. Tienen una superficie oscura compuesta de materiales como polímeros, cobre, aluminio o acero, que sirven para la atracción del calor.

En estos paneles, la transferencia de calor se logra poniendo en contacto la superficie de placa plana directamente con el refrigerante que transporta el calor hasta el cilindro de almacenamiento de agua o hasta los espacios en donde se pretende realizar la adecuación de la temperatura.

Colectores de tubos de vacío

Estos están hechos de varios colectores que se encuentran dentro de tubos de vacío, que evitan la pérdida de calor, y por medio de los cuales fluye líquido refrigerante.

En estos paneles termodinámicos con colectores tubulares la radiación es directa sobre el refrigerante contenido en los tubos. Luego, el refrigerante es llevado al compresor y posteriormente se pone en contacto con agua o con el ambiente donde se le transfiere el calor ganado.

Otros componentes de una instalación solar termodinámica son las válvulas y bombas que favorecen el movimiento del refrigerante, así como del agua que fluirá dentro de la casa.

También hacen parte de este sistema el tanque o depósito de agua que para el caso del consumo de una persona puede ser de 150 litros, y para aplicaciones de calefacción en una vivienda unifamiliar implicará un dimensionamiento asociado al consumo del número de personas.

3. ¿Qué diferencias hay entre los paneles solares térmicos y los fotovoltaicos?

La principal diferencia entre un panel solar térmico y el panel solar fotovoltaico es su funcionamiento.

En palabras sencillas, los paneles fotovoltaicos se valen de la luz solar para generar electricidad que puede ser empleada en múltiples electrodomesticos, mientras que los paneles solares térmicos se valen del calor para, en efecto, calentar cosas, generalmente líquidos.

En los paneles fotovoltaicos, el principio de la física que se utiliza para la generación de energía es el efecto fotovoltaico explicado por Einstein, en el que un material superconductor es dopado con impurezas que favorecen la creación de huecos en los enlaces de su estructura atómica.

Estos favorecen la generación de una banda de valencia que permite el flujo de electrones una vez son alcanzados por los fotones (provenientes del sol) en la última capa de valencia del material superconductor para mover el flujo hacia los huecos creados en el dopaje.

Así se crea una corriente eléctrica constante y aprovechable para múltiples usos.

El panel solar térmico, por su parte, aprovecha las propiedades conductivas de materiales metálicos o de polímeros para transferir calor a un refrigerante que realiza un ciclo de Carnot inverso para aumentar la temperatura de agua de consumo humano o inclusive el agua para una piscina.

4. ¿Qué ventajas tienen los paneles solares termodinámicos?

El coeficiente de desempeño (COP) de los paneles solares térmicos puede estar entre 2,5 y 7, dependiendo del lugar de la instalación, el ángulo de inclinación del techo, y de las pérdidas de calor del refrigerante entre el lugar de la captación de calor y el lugar de su aprovechamiento.

En este sentido, una de las principales ventajas que tienen los paneles solares térmicos es que tienen un bajo consumo de energía eléctrica versus la energía entregada.

Quizás la principal ventaja de estos sistemas es que se pueden usar en locaciones sin red de servicios de energía eléctrica o de gas. Aunque la mayoría de aplicaciones requieren energía eléctrica para la activación del compresor que aumenta la presión y temperatura del refrigerante, también es posible realizar instalaciones en lugares donde no hay red a través de un sistema de energía solar fotovoltaico con baterías.

Sin embargo, para una aplicación totalmente desconectada de la red, sin suministro de energía eléctrica, es posible desarrollar un sistema en el que se reemplace el compresor por un depósito calentado por una llama o una fuente de calor térmica adicional, que aumente la temperatura y presión del refrigerante contenido.

Este sistema debería ser instalado con válvulas de paso que se activen solo cuando se alcance la temperatura y presión deseada en el refrigerante para dar continuidad al ciclo termodinámico.

Otras ventajas de estos sistemas son:

  • El proceso de transferencia de calor es más eficiente que el proceso de transformación de la energía irradiada por el sol en energía eléctrica.
  • Son relativamente económicos y su periodo de repago suele ser entre 5 y 15 años dependiendo de las aplicaciones e inversiones que se den al sistema instalado.
  • Funciona incluso en climas fríos con poca radiación solar.
  • Usualmente los sistemas solares termodinámicos tienen garantías de entre 5 y 10 años, pero pueden tener una vida útil de hasta 25 años.
  • Son libres de mantenimiento especializado. Únicamente hay que garantizar que no haya proyección de sombras o que estén libres de obstáculos.
  • Ayudan a disminuir la huella de carbono sobre la energía eléctrica (o la porción de ella) que proviene de la red generada por termoeléctricas y que es reemplazada por el sistema solar termodinámico.

5. ¿Qué desventajas tienen?

  • Aunque los equipos no son tan costosos, su instalación si puede ser costosa, sobre todo en una casa ya construida en la que no se planeó su instalación desde el inicio de la construcción. Esto considerando la necesidad de integrar tuberías en las paredes de la edificación, la instalación de pisos térmicos, el reforzamiento de las estructuras en techo o el cambio de techo por unos adecuados para el anclaje del sistema solar.
  • Su funcionamiento es limitado en la noche.
  • No se puede almacenar el agua caliente en tanques con aislamiento térmico por largo tiempo.
  • Es una tecnología que no ha sido suficientemente difundida, razón por la que existen pocos instaladores de estos sistemas y su costo de instalación puede ser más alto de lo que sería en un mercado competido.
  • La energía solar térmica no genera energía eléctrica para otras aplicaciones en el hogar.
  • Puede crear el riesgo de que el techo no soporte la carga del sistema y se caiga si no se analizó correctamente la estructura y el techo para soportar la carga muerta del sistema solar.

6. ¿Cual es la forma correcta de instalar placas solares termodinámicas en casa?

Para implementar este sistema en casa se recomienda la visita técnica de una empresa especializada en el montaje de sistemas solares termodinámicos.

En una casa o edificación construida o por construir, el objetivo será inicialmente la identificación de aplicaciones que se pretenden tener con la recolección de calor a partir de placas solares térmicas (acondicionamiento de aire, calentar agua sanitaria o ACS, pisos térmicos, o calefacción de una piscina). La tecnología puede también ser un increíble complemento para el autoconsumo solar.

Una vez identificadas las aplicaciones, se deberá estimar las posibilidades que se tienen considerando el área disponible para el montaje del sistema.

Cuando el montaje del sistema es en techo se debe analizar la estructura que soporta los techos para validar que está en capacidad de soportar el peso del sistema solar térmico. También se debe validar las inversiones en tubería y obra civil requerida para montar el traceado del refrigerante en la edificación donde se realizará la instalación.

Además, en concordancia con el tamaño del sistema y las aplicaciones, se debe definir el tamaño del cilindro que se utilizará para suministrar agua caliente en la edificación.

Una vez se han validado todas estas variables, se obtendrá una cotización, que debe venir acompañada del flujo de caja resultante del proyecto, en comparación con la utilización de sistemas convencionales.

Si el flujo de caja presentado es conveniente, seguramente se podrá adquirir a través de un contrato PPA (acuerdo de suministro de energía) o un contrato EPC (en donde se vende la ingeniería, adquisición de componente e instalación del sistema).

Cabe mencionar que, en España, en aras de dar cumplimiento al tratado de Kioto, se definió el Código Técnico de la Edificación. Este código, establece la obligatoriedad de implementar sistemas de calentamiento de agua sanitaria (ACS) con energía solar en edificaciones nuevas.

7. ¿Qué precios tienen los paneles solares termodinámicos?

Los precios de implementación e instalación, tanto de las placas solares para calentar agua sanitaria, como de todo el sistema son relativamente bajos y permiten disponer de agua caliente o acondicionamiento de aire durante todo el año a costos reducidos incluso en lugares donde no hay una red eléctrica o una red de gas que permita la instalación de otras tecnologías.

En España, los precios para la adquisición, instalación o montaje de un sistema de placas solares térmicas para calentar agua en un cilindro de 200 litros, capacidad estimada para una familia de 4 miembros, puede rondar entre 4.000 y 6.000 Euros, dependiendo de las adecuaciones requeridas para su montaje.

Los sistemas solares térmicos permiten un ahorro promedio del 10% en las facturas de energía eléctrica, más los ahorros generados por incrementos en la tarifa de energía subsecuentes a la instalación, considerando la vida útil del sistema de 25 años.

En hispanoamérica, al realizar búsquedas de estas aplicaciones en páginas que permiten su comercialización, se pueden encontrar costos para el montaje de sistemas solares térmicos entre los $ 2,000 USD y los $ 4,000 USD.

Para Estados Unidos y México, los costos usuales de instalación de un sistema solar térmico pueden rondar los $ 2,500 USD para el calentamiento de una piscina, pero puede llegar a los $ 7,700 USD cuando se pretende realizar el suministro de energía térmica para diferentes aplicaciones en el hogar, como el acondicionamiento de aire, pisos térmicos y calentamiento de agua sanitaria.

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Publicado por
Alejandro Zabala Figueroa

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