Definición: ¿Qué es la energía solar térmica?
La energía solar térmica (energía fototérmica) consiste en el aprovechamiento de la energía que se recibe del Sol para generar calor.
Los sistemas solares térmicos (SST) pueden utilizarse para uso doméstico o en edificios: proporcionar agua caliente para calefacción, agua caliente sanitaría (ACS), para climatización – frío (frío solar) o incluso para uso industrial (centrales tormosolares – energía termosolar) que generan electricidad.
La energía térmica solar se caracteriza por:
- Es una energía renovable e ilimitada producida por el aprovechamiento de la radiación del Sol en forma de calor.
- Son instalaciones para proporcionar principalmente agua caliente sanitaria (ACS). Pero también se puede utilizar para apoyo de calefacción (suelo radiante), para climatización (frío solar), calentamiento del agua de piscinas o también para generar electricidad.
- Para utilizar la energía del sol en forma de calor se utiliza la tecnología de colectores o captadores solares y los equipos de termosifón.
- Reduce el consumo de otras fuentes de energía como la eléctrica o combustibles fósiles.
- Beneficia al medio ambiente, es una fuente de energía limpia. No produce contaminación ni gases de efecto invernadero (CO2).
Aunque entra dentro del campo de la energía solar, no hay que confundir la energía termosolar o termoeléctrica (centrales termosolares) que son para generar electricidad a gran escala, con la energía térmica solar para producir principalmente agua caliente.
🟧 El concepto de energía solar térmica es un término amplio y en realidad existen diferentes maneras de aprovechar el calor que puede aportar el Sol.
Se debe de distinguir dos amplios grupos; los sistemas activos y los pasivos
- Sistemas solares térmicos activos (Hay una instalación): La base principalmente es utilizar colectores solares para transforma la energía radiante del Sol en calor y trasportarla a un sistema de almacenamiento.
- Sistemas solares térmicos pasivos (No hay una instalación): No se utilizan bombas, ni tampoco instalaciones, ni otros sistemas mecánicos. Se basa en técnicas bioclimáticas de arquitectura y el diseño de la construcción para aprovechar el calor producido por los rayos del Sol.
NOTA: Este artículo se centra en los Sistemas Solares Térmicos Activos (sistemas fototérmicos).
¿Cómo funciona la energía solar térmica?
El funcionamiento de la energía solar térmica es por medio colectores solares térmicos que son dispositivos que utilizan la energía del sol para calentar líquidos, principalmente agua. Para ello, utilizan un panel solar térmico que absorbe los rayos del sol y los convierte en calor.
La placa – panel, está conectado a un tanque de almacenamiento que recoge la energía térmica y de ahí, podemos utilizarla. Un esquema ejemplo:
Toda instalación térmica solar tiene dos componentes básicos: COLECTORES SOLARES (Sistema captación) + TANQUE ACUMULADOR. Así tendríamos:
- Sistema de captación. Son el colector solar (placas solares térmicas) que son los encargados de captar la radiación solar incidente y transformarla en energía térmica para elevar la temperatura de un fluido.
- Sistema de acumulación. Son el depósito o tanque acumulador que almacena en agua caliente para posteriormente utilizarla donde proceda (Ver también termos eléctricos para agua) .
Para un adecuado funcionamiento de una instalación solar térmica SST y garantizar una determinada temperatura del agua para el consumo, se debe de disponer de un apoyo o sistema auxiliar que asegure unos grados mínimos.
- Sistema de apoyo o auxiliar. Son los componentes que están alimentados por otro tipo de energía y aseguran una temperatura mínima cuando la instalación térmica no es suficiente. Por ejemplo, por la noche que no hay Sol o cuando hay nubes, es necesario un sistema de apoyo.
Por supuesto, esta energía fototérmica necesita de otros elementos para que funcionen, desde circuitos hidráulicos (tuberías, accesorios, bombas, válvulas, intecambiador, etc) hasta componentes de control y eléctricos.
Clasificación sistemas solares térmicos
La tecnología solar térmica se refiere a los dispositivos que capturan y convierten la energía solar en otra forma de energía, sobre todo calor por medio de equipos de termosifón o colectores térmicos (placas solares térmicas) más un depósito acumulador.
Los tipos de sistemas solares térmicos (SST) los podemos clasificar por: el principio de circulación, su método de transferencia de calor, por la presión de trabajo o por su diseño.
1.- Por el principio de circulación
Según la circulación del agua podemos dividirlos en dos grupos: circulación natural (sistemas termosifónicos o compactos) y circulación forzada:
- Circulación natural: El movimiento del agua caliente es por gravedad. Son equipos compactos y prefabricados llamados también termosifónicos (Uso principales es doméstico).
- Circulación forzada: Utilizan una bomba y un sistema de control para circular el fluido caloportador
dentro del colector.
| SISTEMAS DE CIRCULACIÓN NATURAL | SISTEMAS DE CIRCULACIÓN FORZADA | ||
| Ventajas | Desventajas | Ventajas | Desventajas |
| Sistemas sencillos | Lenta puesta régimen | Rápida puesta en funcionamiento |
Sistemas complejos |
| Economía de instalación | Condicionamientos de montaje |
Mayor flexibilidad de montaje |
Mayor costo de inversión |
| No hay piezas en movimiento |
Rigurosas pendientes en las cañerías o tubos | Facilitan la integración arquitectónica |
Necesita aporte de energía eléctrica para la bomba y el controlador |
| No necesitan energía adicional para su funcionamiento Mínimo mantenimiento |
La adaptación a mayor demanda es limitada … Trabajan a baja presión de agua |
La cantidad de colectores puede adaptarse al aumento de demanda Las cañerías no necesitan pendientes especiales o rigurosas |
Mayor mantenimiento – Personal capacitado para el montaje y mantenimiento |
2.- Por sistema de transferencia de calor
- Sistemas directos: Se utiliza el mismo fluido, normalmente agua, tanto en el colector como el acumulador.
- Sistemas indirectos: El fluido del colector transporta el calor, utilizando algún medio intercambiador, hacia el agua de consumo donde está el acumulador.
3.- Por diseño: equipos termosifón o «a medida»
Aunque se pueden establecer una variedad importante de instalaciones según necesidades térmicas de uso. A grandes rasgos, por diseño, encontramos dos productos principales:
- Equipos termosifón o compactos (Integrados). Son productos que se venden preparados para una instanció directa para el uso, llamados termosifón (prediseñados y comprobados en fabrica). Son los equipos más comunes para uso doméstico y económicamente baratos.
- Equipos a medida. Es aquella instalación que se realiza «a medida» según las necesidades de la vivienda o el uso final. Instalaciones más complejas que requiere de técnicos especializados.
4.- Por presión de trabajo: abiertos o cerrados
Según a la presión de trabajo que opere un acumulador, los SST pueden ser; abiertos o cerrados.
- Sistema abierto: El depósito acumulador donde circula el agua de consumo está trabajando a una presión atmosférica.
- Sistema cerrado: El depósito acumulador donde circula el agua de consumo está presurizado (Presión específica entre 2 y 4 kg/cm2). el tanque para almacenamiento no está en contacto con la atmósfera.
| Tecnologías | Características principales | Tipos sistema intercambio | Presión de trabajo tanque | Aplicaciones | Comercialización |
| Circulación Natural | Baja complejidad. Coste bajo a medio. No re-quiere electricidad | Directo / Indirecto | Abierto/Cerrado | ACS (agua caliente sanitaria) | Prefabricados o equipos compactos |
| Circulación Forzada | Media complejidad. Coste medio a alto. Re-quiete electricidad | Indirecto | Abierto/Cerrado | ACS. Climatización de piscinas. Calefacción. Procesos. Industriales | A medida |
Podemos ampliar información en este excelente documento del ministerio de energía.
Aplicaciones energía solar térmica
Ante todo, la energía térmica solar es para producir agua caliente sanitaria (ACS) para uso domestico, pero también puede ser usada para calefacción, climatización, agua caliente para piscinas y electricidad.
Las aplicaciones para uso más comunes de la energía térmica son:
- Producción agua caliente sanitaria ACS doméstica
- Producción agua caliente sanitaria ACS sector comercial y servicios
- Soporte para calefacción
- Calentamiento de piscinas
- Refrigeración con energía solar con «frío solar»
- Producción de electricidad por medio de energía termosolar con las centrales termosolares
Ventajas y desventajas de la energía solar térmica
¿Qué beneficios e inconvenientes hay?
Ventajas energía solar térmica
- El calor no se crea mediante la quema de combustibles fósiles, es una energía renovable que no contribuye a la contaminación del aire y respeta el medio ambiente.
- Los colectores solares térmicos son silenciosos y discretos, y no producen ruidos ni olores significativos.
- Son instalaciones que se integran fácilmente con otras soluciones de calefacción renovable, eléctricas o sistemas más tradicionales de combustible fósil.
- Es una forma asequible de reducir el uso de electricidad o el gas que podamos utilizar en calefacción o para calentar el agua sanitaria.
- Bajo mantenimiento. A diferencia de los sistemas solares fotovoltaicos, los sistemas solares térmicos no requieren un mantenimiento tan regular.
- Para todos los presupuestos. Los sistemas solares térmicos están disponibles en una amplia gama de tamaños y diseños para adaptarse a una gran variedad de presupuestos.
Desventajas energía solar térmica
- Los sistemas deben ser diseñados, instalados y mantenidos correctamente.
- Los colectores solares térmicos no son 100% eficientes. Significa que pierden parte de la energía térmica recogida por los paneles al tener que mover el fluido por las tuberías.
- En los climas fríos, los colectores solares térmicos deben combinarse con fuentes de calor eléctricas para satisfacer todas las necesidades de una vivienda.
- Los colectores solares térmicos no producen agua caliente al instante. Se necesita tiempo para calentar el agua en el colector.
- Requiere pleno sol. Los sistemas de energía solar térmica sólo funcionan cuando brilla el sol. En zonas con inviernos suaves, esto no es un gran inconveniente. Sin embargo, en una zona con inviernos largos y fríos, estos sistemas pueden no ser suficientes para proporcionar el agua caliente para el consumo.
- Requiere más espacio: los sistemas térmicos utilizan un espacio amplio y abierto para recoger la energía del sol.
