Paneles Solares Térmicos. Cómo Funcionan, Partes, Tipos, Ventajas

Al igual que la tecnología fotovoltaica, los paneles solares térmicos ayudan a reducir la huella de carbono y ahorrar en el consumo eléctrico de un hogar.

Con ellos, podemos satisfacer necesidades de calefacción utilizando una fuente de energía renovable y completamente gratuita. En el presente artículo te explicaremos qué son los paneles solares térmicos, como funcionan, sus tipos y su eficiencia.

Qué Son Los Paneles Solares Térmicos
Qué Son Los Paneles Solares Térmicos

¿Qué Son Los Paneles Solares Térmicos?

Los paneles solares térmicos consisten en láminas o placas cargadas que se emplean para generar energía térmica mediante la captación de la radiación solar.

Con esta energía se calienta algún fluido o medio, generalmente agua, que luego se resguarda en un acumulador de agua caliente para su posterior uso.

Los sistemas de paneles solares térmicos proporcionan agua caliente para cualquier necesidad: agua caliente sanitaria, apoyo a la calefacción central, climatización de piscinas, aplicaciones industriales y energéticas.

Un buen sistema de calentamiento de agua con luz solar, genera suficiente calor para 3 a 8 duchas al día. Es un gran ahorro de electricidad y una opción ecológicamente correcta para adoptar en casa.

¿Cómo Funcionan Los Paneles Solares Térmicos?

Como te lo mencionamos, los paneles solares térmicos están compuestos por placas encargadas de recoger la luz solar y depósitos donde se almacena el agua calentada.

La radiación o luz solar incide sobre la parte superior del panel que consta de una cubierta de vidrio. Esta radiación penetra y permanece en el interior del panel. 

La superficie del panel solar transforma la luz solar en calor utilizable.

Este calor es absorbido por el fluido térmico que se encuentra en el interior de unos tubos que forman parte del panel. Circula en un circuito cerrado y transfiere calor a través del serpentín, al tanque acumulador calentando el agua allí almacenada.

La circulación del fluido térmico es controlada y gestionada por el grupo de circulación en función de las temperaturas medidas por sensores de temperatura.

El agua caliente quedará disponible en un tanque de almacenamiento cuyo material aislante impide que el agua se enfríe. Dando la posibilidad de utilizar agua calentada mediante energía solar en periodos en los que no hay sol.

Funcionamiento de los paneles solares térmicos
Funcionamiento de los paneles solares térmicos

Partes de un sistema de calefacción solar

Para la producción de agua caliente, el sistema solar de calentamiento está compuesto por:

  • El panel solar: Uno o más paneles que transforman la radiación solar incidente en energía térmica.
  • Acumulador solar: Depósito que acumula agua caliente hasta que se necesita para el consumo.
  • Circuito hidráulico: Sistema de tuberías, bombas y válvulas de control.
  • Grupo de circulación: Dentro del circuito hidráulico, hace circular el líquido térmico a través de los tubos que conectan el panel solar al acumulador.
  • Centro de control: Elementos de control y regulación que garantizan el correcto funcionamiento del sistema.
  • Soporte de Energía: sistemas de calefacción complementarios que se activan cuando la radiación recibida por el panel no es suficiente para el nivel de calefacción deseado, por ejemplo, calderas y calentadores.

Tipos De Paneles Solares Térmicos

El rendimiento y la eficiencia de la energía solar térmica dependen en gran medida de los colectores o paneles con los que se aprovecha esta energía. Dependiendo del tipo de revestimiento del colector solar, existe una pérdida de eficiencia.

Hay dos tipos principales de paneles solares térmicos:

1. Colectores de placa plana

Colectores de placa plana: Se parecen mucho a los paneles solares fotovoltaicos. Están compuestos por:

  • Superficie absorbente oscura.
  • Superficie transparente.
  • Base aislante del calor.
  • Fluido térmico que transporta el calor desde el absorbedor hasta un tanque de agua. 

El absorbedor puede estar hecho de diferentes materiales, como polímeros, cobre, aluminio o acero. El cobre es el más caro, pero también es un mejor conductor y más duradero. 

Los colectores de polímero están indicados para climas más fríos ya que materiales como el silicio son mucho más tolerantes a la congelación que el metal.

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2. Colectores de tubos de vacío

Colectores de tubos de vacío: Estos colectores están formados por varios tubos de vidrio que tienen un tubo de cobre en su interior por los que circula el fluido de transferencia.

Entre 10 y 30 de ellos se conectan entre sí con un tubo colector para formar un panel. Los tubos tienen un vacío en el vidrio que actúa como aislamiento y, por lo tanto, suelen ser un poco más eficientes que los colectores solares de panel plano.

Sin embargo, pierden eficiencia en climas cálidos debido al riesgo de sobrecalentamiento. 

Tipos De Sistemas De Calentamiento De Agua

Existen varios tipos de sistemas de calentamiento, dependiendo de su configuración:

1. Sistema Termosifón

Son muy utilizados para calentar agua para consumo doméstico. Su forma compacta en la que el panel y el depósito forman parte de un mismo cuerpo, hace que este sistema sea el más económico.

En este sistema, la radiación solar incide sobre la cubierta de vidrio del panel solar, penetrando en su interior, cediendo el calor al fluido térmico que circula por las tuberías internas del panel.

Al calentarse el fluido, éste se vuelve menos denso, provocando su ascenso del panel al tanque de agua.

Se realiza el intercambio de calor del fluido térmico al agua para consumo, provocando que el fluido se enfríe y descienda al panel, reiniciándose el ciclo.

2. Sistema Forzado

Los paneles solares de circulación forzada son iguales a los termosifones, solo que en lugar de que el tanque de agua esté al lado del panel, se coloca dentro de la casa. 

Así, el depósito también se puede acoplar a otra fuente de producción de agua caliente, como un calentador de agua.

Ya por esto este sistema es más costoso, ya que como se instala en el interior, se debe tomar en cuenta la tubería desde el sitio donde se ubicará el tanque hasta donde esté ubicado el panel solar.

Como ventaja, este sistema no tiene tanta pérdida de calor como el depósito de agua en los termosifones instalados en el exterior.

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3. Sistema Solar Termodinámico

Combina dos tecnologías diferentes, la bomba de calor y el colector solar térmico.

Las bombas de calor son equipos altamente eficientes. Pero el calor que puedan generar depende mucho de la fluctuación de la temperatura ambiente.

Los colectores solares térmicos proporcionan una mejor fuente de calor para calentar en los días soleados y con altas temperaturas, pero se vuelven completamente ineficaces si está ausente el sol.

Con un esquema físico igual al de un sistema solar térmico de circulación forzada común, y compartiendo varios componentes de una bomba de calor, este sistema supera las limitaciones de estas dos tecnologías.

A través de un fluido refrigerante como el R134a o el R407c que circula por un circuito cerrado, el fluido entra al panel solar y recibe el calor del sol, la lluvia, el viento, la temperatura ambiente y otros factores climáticos. 

Durante este proceso, el fluido gana calor de forma más eficiente que en una bomba de calor. Después de esta fase, el calor se transfiere a un intercambiador con la ayuda de un pequeño compresor.

El fluido refrigerante se enfría y el circuito vuelve a iniciarse. Dado que el fluido tiene una temperatura de ebullición de aproximadamente -30ºC, el sistema funciona incluso en ausencia total de luz solar e incluso durante la noche, proporcionando agua caliente a 55ºC las 24 horas del día.

El consumo de energía del sistema se limita al del compresor frigorífico que hace circular el fluido. No existen ventiladores que ayuden al proceso de evaporación, ni detenciones para descongelar el evaporador con consumo energético innecesario.

Ventajas del sistema solar termodinámico

Entre sus ventajas tenemos:

  • No requiere conductos.
  • No necesita ventiladores.
  • No utiliza ciclos para descongelar el evaporador, que consuman energía.
  • Emplea un compresor de eficiencia alta y consumo bajo.
  • No necesita la instalación de equipos de apoyo.
  • Agua caliente disponible las 24 horas del día hasta 55ºC.
  • Captura el calor independientemente del clima.
  • Su circuito primario no necesita disipar calor excesivo en los días calurosos.
  • Arquitectónicamente agradable a la vista y adaptable.

Eficiencia De Los Paneles Solares Térmicos

Para determinar la eficiencia de un sistema de paneles solares térmicos, es muy importante conocer cuánta energía solar pueden absorber los mismos y la cantidad de energía utilizable.

Los sistemas solares térmicos modernos alcanzan rendimientos cercanos al 50%. Esto quiere decir que se puede utilizar la mitad de la energía solar que procesan los paneles solares térmicos, en energía térmica para tu agua caliente y calefacción.

Hay dos índices de eficiencia que pueden ser utilizados para determinar el rendimiento de un sistema con paneles solares térmicos y establecer comparativas entre distintos proveedores.

Paneles Solares Térmicos Instalados
Paneles Solares Térmicos Instalados

Eficiencia óptica

La eficiencia de la energía solar térmica se define como la relación entre el poder de radiación del sol en un área determinada, y el poder que genera un sistema solar térmico a partir de esta radiación.

La máxima eficiencia se logra cuando el panel solar y el ambiente están a la misma temperatura. Cuanto más se calienta el panel en comparación con el medio ambiente, la eficiencia de la energía solar térmica es menor.

Esto también se conoce como eficiencia óptica y tiene un promedio de entre 70 y 85 por ciento.

Coeficiente de pérdida de calor

Otro factor que determina la eficiencia de la energía solar térmica es el coeficiente de pérdida de calor. 

Este llamado “Valor U”, expresa qué tan alta es la pérdida de calor por metro cuadrado de área del colector y el grado de diferencia de temperatura. 

El valor medio para los sistemas solares térmicos está entre 2 y 5 vatios por metro cuadrado.

Ambos coeficientes, la eficiencia óptica y el coeficiente de pérdida de calor, son factores importantes para determinar de manera correcta el rendimiento requerido del sistema al seleccionar el que se va a utilizar.

Estos valores son suministrados por el fabricante del sistema y es muy recomendable revisarlos y comparar detalladamente con otros fabricantes antes de elegir el que vamos a instalar.

Ventajas De Los Paneles Solares Térmicos

Existen grandes ventajas, tanto medioambientales como económicas cuando se utiliza este tipo de paneles:

  • Se trata de una alternativa de generación de energía independiente que procede de una fuente inagotable y gratuita como lo es el Sol.
  • Es un sistema con alto rendimiento para la producción de agua caliente sanitaria, cubriendo hasta el 80% de las necesidades del hogar promedio.
  • Su uso reduce las emisiones de gases de efecto invernadero.
  • Su instalación requiere de una inversión inicial que se amortiza a mediano plazo, ya que no necesitamos pagar combustible para conseguir energía.
  • La vida útil de estos equipos es de alrededor de los 20 años.
  • Los sistemas que utilizamos actualmente para captar la energía solar no necesitan un mantenimiento excesivo, solo basta una revisión anual.

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Conclusión

Instalar un sistema de paneles solares térmicos en tu hogar permitirá, entre otras cosas, reducir el consumo de energía eléctrica y redundará en ahorros en cuanto a pagos de facturas de luz.

Además, queda la satisfacción de haber hecho algo activamente para proteger el medio ambiente, porque usarás muchos menos combustibles fósiles y reducirás tu huella de carbono.

2 comentarios en “Paneles Solares Térmicos. Cómo Funcionan, Partes, Tipos, Ventajas”

  1. Buenas, vivo en un bloque de pisos y en la azotea tenemos placas termosolares para apoyo en la generación de agua caliente sanitaria y calefacción, y según la empresa mantenedora se encuentran en funcionamiento. Sin embargo, nunca nos facilitan datos técnicos, ni cantidades generadas, ni rendimiento de las mismas, ni la factura parece disminuir en coste, etc. Mi pregunta es, yo como vecina y propietaria del bloque, cómo podría verificar el funcionamiento? hay algún sistema de control, pantalla en el circuito en la que pueda ver la energía generada, o se vea si alguna de las 20 placas no funciona? Muchas gracias.
    Saludos,
    Mar

    1. Sí. Todos los sistemas de placas termosolares tienen un sistema de control que permite mantener la temperatura estable en el circuito. Y esto se controla a través de un display o pantalla. Por lo general, la unidad de control se instala cerca del acumulador, ya que es allí donde se realiza el intercambio de calor del circuito primario al secundario. Los detalles de la instalación variarán de acuerdo al tipo de sistema, marca, modelo, entre otros factores.

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