Informe

¿Qué es el colector solar y cómo funciona?

Panel solar térmico o colector solar térmico

Los colectores solares aprovechan el calor del sol para producir agua caliente. También producen energía cuando existe poca radiación solar (en días nublados). No se deben confundir con los paneles solares fotovoltaicos.

22 enero 2018
colector

Los colectores solares térmicos absorben el calor del sol (de ahí su nombre) y transfieren este calor para que pueda ser utilizado para calentar el agua caliente, calentar espacios e incluso climatizar piscinas.

Tipos  de captadores solares térmicos

Hay diversos tipos de colectores térmicos: colectores planos, de tubos de vacío y algunos colectores plásticos (polietileno sin esmaltar) específicos para la climatización de piscinas.

Para el agua caliente, el tipo de colector térmico vendrá definido por la temperatura final del agua. Para la mayoría de los casos (60ºC), el colector solar plano suele ser suficiente. Si necesitas agua a una temperatura mayor (para calentar con radiadores, por ejemplo), los colectores de tubo de vacío son más indicados.

Si solo necesitas climatizar la piscina, los colectores de polietileno pueden ser una buena solución. El agua de la piscina puede ir directamente a través del colector, las necesidades de baja temperatura son adecuadas para esta tecnología.

Depósito de acumulación

La energía solar disponible no es constante durante todo el año y depende de la orientación y el ángulo de inclinación del colector, las nubes y las sombras. Además, cuando necesitas agua caliente, el sol no la produce de manera instantánea, por lo que necesitas almacenar la energía para poder usarla cuando la necesites. De manera que el colector solar estará conectado con un depósito de acumulación de varios cientos de litros.

Termosifón versus sistema de circulación forzada

El termosifón está compuesto por uno o más colectores solares y un depósito de almacenamiento, ensamblados juntos en una misma estructura, que se coloca sobre el tejado o la terraza. Este sistema funciona mediante un fenómeno natural llamado convección: los fluidos calientes tienen menor densidad que los fríos. Así que, el fluido caloportador caliente desciende mientras que el frío asciende. No hay posibilidad de controlar el sistema.

En un sistema de circulación forzada, los colectores están colocados sobre la cubierta mientras que el depósito de acumulación se encuentra en el interior. Como los colectores se encuentran a una altura mayor que el depósito, es necesario dirigir la circulación del fluido caloportador mediante una bomba, gestionada mediante un sistema de control por diferencia de temperatura.

A pesar del consumo eléctrico de la bomba y el sistema de control, este sistema es más eficiente al contar con el depósito de acumulación de la energía en el interior de la vivienda.

¿Qué es un sistema drain-back?

En un sistema de circulación forzada normal, el fluido caloportador permanece en los colectores, mientras que en el sistema drain-back, los colectores se vacían cuando la bomba de circulación se para. La bomba también se para cuando no hay sol, o cuando el tanque alcanza la temperatura preestablecida.

Esto significa que no hay riesgo de que el fluido se congele, por lo que no hace falta anticongelante en el sistema. Desde el momento en que el tanque alcanza la temperatura deseada, el colector se vacía, no existe expansión del fluido, por lo que tampoco hace falta vaso de expansión o válvula de seguridad, lo que conlleva una reducción de costes de mantenimiento.

Existen, sin embargo, algunas limitaciones en el número máximo de colectores que pueden ser instalados, en el peso y longitud de las tuberías, que necesitaran una inclinación constante en toda la instalación.

La instalación del colector en casa

Si te estás planteando hacerte con un colector térmico para tu casa, hay varias cuestiones que debes aclarar. Lo mejor es plantearse algunas preguntas.

¿Es mi casa adecuada para colectores solares?

Los colectores solares deben estar orientados al sur, en un lugar sin sombras y con un ángulo de inclinación idéntico al de la latitud donde estén situados.

Para mejorar la energía disponible para calentar durante el invierno, deberán colocarse en posición vertical, mientras que, para tener mayor disponibilidad en verano, deberás disminuir el ángulo de inclinación. (No entiendo esta frase)

Si las condiciones no son las ideales, ¡no te rindas! Pequeñas diferencias en la orientación y en la inclinación pueden equilibrarse mediante la estructura soporte o puedes realizar la instalación de acuerdo a las condiciones de tu tejado, asumiendo pequeñas penalizaciones en el funcionamiento.

¿Cómo puede calcular mi instalación?

Si conoces tu consumo de agua caliente diario, usa este valor para el volumen del tanque de acumulación. Si no es así, puedes considerar los 28 litros por persona que establece el Código Técnico de la Edificación (CTE).

Para establecer el área de colectores necesaria, puedes tomar como base 1 m2 por cada 75 litros de volumen del tanque. Por ejemplo, para un tanque de acumulación de 300 litros necesitarás 4 m2 de colector (300/75 = 4). Este ratio puede cambiar según la radiación solar disponible, la eficiencia del sistema y el tiempo transcurrido entre la generación y el uso.

¿Bastará la energía solar térmica para calentar el agua de mi vivienda?

No. Ten en cuenta que las necesidades de agua caliente suelen ser mayores en invierno, cuando la energía solar disponible es menor. Si dimensionas la instalación para el invierno, el sistema estará sobre dimensionado para el verano. No solo el sistema será más caro, sino que además alcanzará muy altas temperaturas a menudo, disminuyendo su vida esperada. Por eso la instalación debe contar con un sistema de apoyo para asegurarse de que se cubren adecuadamente todas necesidades.

Sistema de apoyo ¿cuál elegir?

Deberás elegir un sistema que garantice la máxima prioridad a la energía solar. La mejor solución será usar la instalación solar como sistema de precalentado, y contar con una caldera de gas natural termostática para agua caliente.

Una de las soluciones más populares en otros países es la instalación del tanque de acumulación con una resistencia eléctrica en el mismo tanque, no obstante este tipo de solución está prohibida en nuestro país, puesto que si esta está situada demasiado baja o si los ciclos de funcionamiento no están bien diseñados, puede competir con la instalación solar, evitando que sea el Sol el que caliente el tanque. Por esta misma razón, otra solución habitual, también prohibida, es la utilización de dos serpentines de intercambio dentro del mismo tanque. La instalación solar se conecta en la parte más baja del sistema de intercambio de calor, mientras que en la parte superior se conecta el sistema auxiliar.

Por tanto, la instalación correcta consiste en conectar directamente el acumulador solar a la toma de agua fría de la caldera, o utilizar un segundo acumulador de agua caliente en el que apoyaríamos con la caldera, y al que entraría el agua caliente precalentada del acumulador solar.

Precio, coste y ahorro

¿Cuánto puede costar un sistema de energía solar térmica?

El coste de este sistema depende de una amplia variedad de factores, pero normalmente:

  • Un termosifón puede costar desde 1.000 € (150 litros) hasta 2.500 € (300 litros), sin instalación.
  • Un sistema de circulación forzada puede costar desde 2.500 € (150 litros) hasta 4.000 € (300 litros), sin instalación.

A ambos hay que sumar los costes de instalación, que dependen del tamaño del sistema, el agua disponible y las conexiones eléctricas en el lugar de instalación y el acceso al mismo.

Actualmente son muchos los fabricantes, tanto los habituales de sistemas de calefacción, como otros más dedicados a soluciones solares, que disponen de estos sistemas: Ariston, Baxi, Chromagen, Ferroli, Junkers, Saunier Duval, Solahart y Vaillant entre otros.

Ahorro real tu factura

Un sistema de energía solar térmica correctamente dimensionado debe proporcionar entre el 30 y el 70% de las necesidades anuales de agua caliente, según la zona climática dónde nos encontremos (ver tabla y mapa inferior).

  
   
         
           
Demanda total de agua caliente (l/día)
Contribución solar a producción agua caliente
ZONA I ZONA II ZONA III ZONA IV ZONA V
50-5.000 30% 30% 50% 60% 70%

mapa


 

De hecho desde 2007, su instalación en vivienda nueva es obligatoria, con la idea de fomentar el ahorro y la eficiencia energética. Así, tan sólo con multiplicar el gasto anual de energía para la producción del agua caliente por el porcentaje aportado podremos tener una idea de los ahorros a obtener

Una inversión rentable

Por ejemplo, supongamos que inicialmente obteníamos el agua caliente de nuestra vivienda mediante un termo eléctrico con una resistencia de 1700 W que tarda aproximadamente 240 min en calentarse, teniendo en cuenta que el precio actual de la electricidad está entorno a 0,19 €/kWh (impuestos incluidos), y que la aportación de agua caliente mediante el sistema solar deberá ser del 60%:

1.7 kW * 4 h/día*365 días/año * 0,19 €/kWh *60%= 283 €/año de ahorro

Haciendo un cálculo sencillo, sin tener en cuenta las subidas de la electricidad (30% en los dos últimos años y se espera que siga su escala ascendente), IPC, degradación módulo (1% anual) etc.…hacemos la división:

Precio medio sistema solar térmico = 2 500 €

Producción anual del 60 % = 283 €

Tiempo amortización = 2500/283 = 8 años y medio.

Al igual que cualquier otro equipamiento técnico, deberás tener contratado un plan de mantenimiento. Esto significa que cada año, profesional cualificado revisará por completo el sistema, asegurando así que este funcionará correctamente durante muchos años.

La mayoría de las tareas las podrás hacer tu mismo, pero recuerda que algunas herramientas específicas suelen ser necesarias y que los colectores solares suelen encontrar sobre el tejado, con difícil y peligroso acceso en muchas ocasiones.