Sistemas para calentar agua con energia solar

Sistemas para calentar agua con energia solar

tapete calentador solar intex para arriba

Los sistemas de calentamiento solar de agua, o sistemas térmicos solares, utilizan la energía del sol para calentar el agua que se almacena en un acumulador de agua caliente o en un depósito térmico.  Dado que la cantidad de energía solar disponible varía a lo largo del año, un sistema de calentamiento solar de agua no proporcionará el 100% del agua caliente necesaria durante todo el año. Normalmente se utiliza una caldera convencional o un calentador de inmersión para compensar la diferencia.

También se pueden instalar instalaciones solares de agua caliente de mayor tamaño para contribuir a la calefacción de la vivienda. Sin embargo, la cantidad de calor proporcionada suele ser muy pequeña (menos del 10% de las necesidades de calefacción de la casa), por lo que no suele merecer la pena.

Los sistemas de calentamiento solar del agua utilizan paneles o tubos, llamados colectores solares, para recoger la energía solar.  Los colectores solares convierten la parte infrarroja de la luz visible en calor.  Se llenan con una mezcla de agua y glicol. Este fluido se bombea por un circuito que pasa por el acumulador de agua caliente.

El sistema funciona todo el año, aunque habrá que calentar más el agua con una caldera o un calentador de inmersión, sobre todo durante los meses de invierno.  En verano, el sistema debería cubrir el 90% de las necesidades de agua caliente, pero en invierno se reduce al 25%.

tipos de calentadores de agua solares

A menudo es aconsejable dimensionar un sistema solar en función de esas cargas de referencia o en función del número de habitaciones de una casa en lugar del consumo actual, que depende del número y el comportamiento cambiante de los ocupantes de una casa.

Es necesario conocer o convertir el coste unitario de la electricidad por kilovatio-hora (kWh). La tarifa eléctrica media en EE.UU. fue de 10,42 céntimos por kilovatio-hora en 2021. Hawái tiene la tarifa eléctrica media más alta, de 30,55 céntimos por kilovatio-hora. Luisiana tiene la tarifa eléctrica media más baja, de 7,01 céntimos por kilovatio-hora. Con el UEF de 1,0 y un precio de la electricidad de 0,1042 $/kWh y el ejemplo de los costes anuales del calentador de agua eléctrico es:

Ahora que conocemos el coste de la calefacción convencional tenemos que estimar a qué se reduciría y restarlo para estimar el ahorro en combustible asociado a un calentador de agua solar.    En la determinación del SEF, también se tiene en cuenta la energía necesaria para hacer funcionar las bombas y los controles.

Los precios del gas natural varían significativamente según el lugar y el mes.    En mayo de 2021, la media de EE.UU. era de 1,776 dólares/termio, lo que supone un aumento significativo respecto a años anteriores.    La media de 2011 a 2021 es de unos 1,50 $/term y la utilizaremos en nuestro ejemplo.    El ahorro anual de costes solares asociado sería:

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El calentamiento solar del agua (SWH) consiste en calentar el agua mediante la luz solar, utilizando un colector solar térmico. Existe una gran variedad de configuraciones con distintos costes para ofrecer soluciones en diferentes climas y latitudes. Los sistemas de calentamiento de agua se utilizan ampliamente para aplicaciones residenciales y algunas industriales[1].

Un colector orientado al sol calienta un fluido de trabajo que pasa a un sistema de almacenamiento para su uso posterior. Los CSA son activos (bombeados) y pasivos (por convección). Utilizan sólo agua, o bien agua y un fluido de trabajo. Se calientan directamente o mediante espejos de concentración de luz. Funcionan de forma independiente o como híbridos con calentadores eléctricos o de gas[2] En las instalaciones a gran escala, los espejos pueden concentrar la luz solar en un colector más pequeño.

En 2017, la capacidad térmica mundial de agua caliente solar (ACS) es de 472 GW y el mercado está dominado por China, Estados Unidos y Turquía[3]. Barbados, Austria, Chipre, Israel y Grecia son los principales países por capacidad por persona[3].

Los registros de colectores solares en Estados Unidos son anteriores a 1900,[4] y consisten en un tanque pintado de negro montado en un tejado. En 1896, Clarence Kemp, de Baltimore, encerró un depósito en una caja de madera, creando así el primer «calentador de agua por lotes», como se conoce hoy en día. Frank Shuman construyó la primera central termosolar del mundo en Maadi (Egipto), utilizando colectores parabólicos para alimentar un motor de 45 a 52 kilovatios (60 a 70 caballos) que bombeaba 23.000 litros de agua por minuto desde el río Nilo a los campos de algodón adyacentes.

esquema del sistema de calentamiento solar de agua

Los intercambiadores de calor pueden ser de acero, cobre, bronce, acero inoxidable, aluminio o hierro fundido. Los sistemas de calefacción solar suelen utilizar cobre, porque es un buen conductor térmico y tiene mayor resistencia a la corrosión.  El acero inoxidable también es habitual en los intercambiadores de calor «compactos».

Normalmente, los fabricantes facilitan los valores nominales de transferencia de calor de sus intercambiadores (en Btu/hora) para distintas temperaturas y caudales de fluido. Además, el tamaño de la superficie de un intercambiador de calor afecta a su velocidad y eficacia: una superficie grande transfiere el calor más rápido y con mayor eficacia.  Existen dos métodos para dimensionar los intercambiadores de calor:

Para obtener el mejor rendimiento, siga siempre las recomendaciones de instalación del fabricante del intercambiador de calor. Asegúrese de elegir un fluido de transferencia de calor que sea compatible con el tipo de intercambiador que va a utilizar. Si desea construir su propio intercambiador de calor, tenga en cuenta que el uso de metales diferentes en la construcción del intercambiador puede provocar corrosión. Además, debido a que los metales diferentes tienen diferentes características de expansión y contracción térmica, pueden producirse fugas o grietas. Cualquiera de estas condiciones puede reducir la vida útil de su intercambiador de calor.

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