Qué debemos saber de los paneles o colectores solares para calentar agua



Qué debemos saber de los paneles o colectores solares

En este artículo, vamos a ver, qué debemos saber de los paneles o colectores solares. Dónde y cuándo se inventaron los sistemas de calentamiento por radiación solar. En qué consisten y cómo funcionan, las claves para utilizarlos correctamente y sus características técnicas para cada región bioclimática, tomando de ejemplo la República Argentina.

Paneles solares para el calentamiento de agua

Un calentador solar de agua, también denominado calefón solar, es un dispositivo que utiliza la energía del sol para producir agua caliente. Un típico calentador de este tipo consiste en un colector solar plano montado en el techo de una vivienda y conectado a un tanque de almacenamiento de agua.

Partes de un panel solar para agua

Partes de un calefón solar plano
Partes de un calefón solar plano
  • Entrada de agua fria.
  • Caños colectores superior e inferior.
  • Caños de circulación de cobre o latón.
  • Cámara de aire de 1 o 2 cm de espesor.
  • Placa colectora realizada en chapa con terminación color negro mate, superficie selectiva o cromo negro.
  • Caja impermeable de material que resista las inclemencias del tiempo (lámina galvanizada, aluminio, terciado fenólico, plástico reforzado, fibras de vidrio), con salida del vapor.
  • Aislación térmica de lana de vidrio (debe resistir alta temperatura).
  • Cubierta transparente de vidrio no ferroso.
  • Salida de agua caliente.

Dependiendo del sistema, el agua no calentada puede circular desde el tanque a través del colector para ser calentada directamente o puede ser calentada por un fluido de intercambio de calor de alta capacidad que fue calentado en el colector y transfiere su calor a través de tubos que pasan por el agua dentro del tanque.

Mientras que la transferencia de calor del colector solar directamente al agua puede realizarse sin necesidad de medios mecánicos, los sistemas de agua caliente solar «activos» utilizan la electricidad para hacer circular el fluido de intercambio de calor y para hacer funcionar las bombas mecánicas y los controladores.

Historia de los colectores solares para calentar agua

Aunque la práctica de utilizar el sol para calentar agua para uso doméstico se remonta a varias culturas antiguas, no fue hasta 1891 cuando se vendió comercialmente el primer sistema solar de agua caliente patentado.

Inventado por Clarence Kemp en Baltimore, Maryland, el sistema fue llamado el «Climax» y fue popular en California y otros estados americanos cálidos.

Dado el costo comparativamente alto y la inconveniencia de utilizar combustibles convencionales para calentar el agua, muchos hogares estaban ansiosos por invertir en estos calentadores de agua solares. Sin embargo, el sistema Climax estaba limitado en el sentido de que el elemento calefactor se duplicaba como tanque de almacenamiento, restringiendo así la cantidad de agua caliente disponible.

En 1909 William J. Bailey patentó un sistema que separaba el tanque de almacenamiento de agua del elemento que calentaba el agua, sentando las bases del diseño de los calentadores solares de agua caliente que se utilizan hoy en día.

Estos nuevos calefones solares tuvieron un gran éxito comercial en los EE.UU. El colector estaba compuesto por una serpentina de cobre soldada sobre una chapa metálica pintada de negro, dentro de una caja aislada térmicamente con fieltro y con un vidrio plano en la parte superior.

No necesitaba bomba recirculadora de agua porque aprovechaba la energía solar para activar la circulación del líquido por diferencias de temperaturas, lo que técnicamente se llama circulación por termosifón.

Para garantizar suficiente agua caliente en épocas de mal tiempo o mucho uso, Bailey recomendaba añadir un calentador auxiliar. El sistema podía conectarse a una cocina de leña, un calentador a gas o un horno de carbón.

Tres factores a considerar

Existen tres factores básicos a tener en cuenta y que debemos saber de los paneles o colectores solares. Tanto en este caso, para el calentamiento de agua, como también para la energía solar fotovoltaica.

Orientación de los paneles

En el hemisferio sur, los colectores deberán orientarse al norte para aprovechar la mayor cantidad de horas de sol a lo largo de todo el año. Lo contrario sucede en el hemisferio norte. Se admiten variaciones hacia el este u oeste no mayores a 20 grados, pero deben evitarse todas las sombras que pueden ser provocadas por otros colectores, edificios, árboles o irregularidades del terreno.

Inclinación de los colectores

La inclinación óptima del panel será la que asegure la máxima radiación solar en el momento más desfavorable del año: el invierno. La mayor captación solar se obtiene colocando el colector en forma perpendicular a los rayos del sol.

Por ejemplo: en Buenos Aires (latitud S34,5°) la pendiente del sol en invierno será de 33°. El ángulo inclinación será 90°-33° = 57°.

Colectores y regiones bioclimáticas

En las regiones muy cálidas y cálidas (I y II) los colectores pueden ser más simples ya que la radiación solar diaria y la temperatura ambiente son altas. Pueden tener menor aislamiento térmico y un solo vidrio como cubierta.

En las regiones templadas (III y IV) se debe analizar el uso de un DVH y un buen aislamiento térmico del panel y el tanque acumulación. En las subzonas secas con frecuentes heladas, un solo vidrio podría no ser suficiente, y si se congela el agua en la serpentina del panel, puede romperlo.

Por ejemplo: para San Luis, por ejemplo, se desarrolló un plano captador de acero inoxidable que permite la dilatación por congelamiento sin roturas.

En las zonas frías y muy frías (V y VI, sur de la latitud 40°) el panel plano no es suficiente por la baja radiación solar. Es mejor usar sistemas con tubos Pirex evacuados o tubos con concentración lineal.

En esta zonas, para prevenir la destrucción por congelamiento, hay que usar un sistema indirecto donde el agua circule en un circuito cerrado con anticongelante que ceda calor en un intercambiador. En estos casos se requiere una bomba recirculadora y el tanque de acumulación debe quedar a cubierto.

Funcionamiento de un calefón solar
Funcionamiento de un calefón solar

Aunque existen una gran cantidad de variaciones a la tecnología de calefón solar que se usaba originalmente, los principios siguen siendo los mismos y las cosas básicas que debemos saber de los paneles o colectores solares siguen siendo las mismas.

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