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energia solar, portada

La energía solar es un tipo de energía renovable y de energía limpia que está siendo muy popular como alternativa a los combustibles fósiles. Esta energía es la que obtenemos del Sol y su uso ayudaría a frenar la contaminación. En este artículo te contamos todo lo que necesitas saber sobre ella.

¿Qué es la energía solar?

La energía solar es aquella que proviene de la radiación electromagnética del Sol. Se trata de un tipo de energía renovable, ya que el Sol lleva 5 mil millones de años emitiendo radiación solar y se calcula que todavía no ha llegado al 50% de su existencia.

La energía solar, además de ser inagotable, es abundante, ya que la cantidad de energía solar recibida sobre la Tierra es diez mil veces mayor que toda la energía que se consume al día en todo el planeta.

Además, la energía solar es la principal fuente natural de energía para todo nuestro planeta. Por un lado, los organismos que realizan la fotosíntesis (plantas, algas y otros) utilizan la luz solar para este proceso y estos seres vivos, son base en la cadena trófica, lo que quiere decir que son alimento para todos los demás. Y por otro lado, de la energía solar derivan, de manera directa o indirecta, otras fuentes de energías como la eólica, la hidroeléctrica, etc.

Actualmente, la energía solar es una de las energías renovables más desarrolladas y usadas en todo el mundo.

foto sol

¿Cómo se obtiene la energía solar?

Tanto el calor como la luz del sol son concentrados mediante diversos tipos de captadores solares, como fotocélulas, heliostatos o colectores solares, en los distintos paneles solares. En ambos casos, el elemento encargado de captar la radiación solar y transformarla en energía útil es el panel solar.

En dichos paneles solares, la energía de la luz solar se transforma en energía eléctrica (fotovoltaica) o en energía térmica, la que procede del calor del sol (termosolar), tal y como veremos más adelante.

Sin embargo, hay que tener en cuenta que la intensidad de energía disponible en un punto determinado de la Tierra depende del día del año, de la hora, de las condiciones atmosféricas y de la latitud. En condiciones aceptables, la potencia de radiación, denominada irradiancia, equivale aproximadamente a 1000W/m2 en la superficie terrestre. Además, la cantidad de energía que puede recogerse depende  también de la orientación del dispositivo receptor.

celulas solares

Usos de la energía solar

Cuando se piensa en energía solar, lo primero que nos viene a la mente suelen ser los enormes parques solares o granjas solares, o los paneles individuales que se pueden colocar en el tejado de las casas. Sin embargo, la energía solar tiene otras aplicaciones dado la expansión de su uso, por lo que es sencillo obtener energía solar de otras maneras.

En el hogar, si tenemos una casa sostenible, podemos utilizar la energía solar para calentar agua, con la preparar la comida, asearnos, etc., o para generar electricidad. En el primer caso, se usan calentadores y estufas solares, mientras que para el segundo, hay que instalar células solares contenidas en paneles solares.

Otros usos de la energía solar son:

  • Potabilizar agua
  • Secado
  • Evaporación
  • Destilación
  • Refrigeración
  • Baterías solares
  • Cargadores solares
  • Energía para señales de tráfico y alumbrado público de ciudades
  • Estación Espacial Internacional de la NASA

panel solar en tejado

Beneficios de la energía solar

A nivel global, la energía solar goza de numerosos beneficios que la hacen muy prometedora de cara nuestro futuro.

La energía solar es renovable, no contaminante y fácilmente accesible. También es sencilla de usar, permite generar electricidad tanto a pequeña como a gran escala y puede crear distintos puestos de trabajo.

Asimismo, los módulos de captación solar o placas solares requieren de un mantenimiento relativamente sencillo. Las plantas solares, además, no emiten gases contaminantes ni ruido.

Otro aspecto beneficioso de la energía proveniente del Sol, es que su implantación en un país disminuye la dependencia energética de éste con otros países.

Con esto, en 2011, la Agencia Internacional de la Energía afirmó que “El desarrollo de tecnologías solares limpias, baratas e inagotables supondrá un enorme beneficio a largo plazo. Aumentará la seguridad energética de los países mediante el uso de una fuente de energía local, inagotable y, aún más importante, independientemente de importaciones, aumentará la sostenibilidad, reducirá la contaminación y disminuirá los costes de la mitigación del cambio climático. Estas ventajas son globales. De esta manera, los costes para su incentivo y desarrollo deben ser considerados inversiones; deben ser realizadas de forma correcta y ampliamente difundidas”.

beneficios paneles solares

Energía solar: ventajas y desventajas

Además de los beneficios de la energía solar ya comentados en el apartado anterior, cabe mencionar como ventajas de la energía solar concretas que no requiere de materias primas fósiles para su producción, lo que evita la eliminación de contaminantes; el Sol es una fuente inagotable de energía natural, estando siempre a nuestra disposición; a pesar de requerir una gran inversión para su producción, su uso es barato y permite ahorrar energía. Como hemos dicho, la energía solar tiene diversas aplicaciones y formas de ser aprovechada;  sus instalaciones no generan ningún residuo, son fáciles de desmontar y hasta se pueden reciclar (un 95%); su uso doméstico precisa de muy poco espacio; en algunos países hay subvenciones para usar la energía solar, así como también se plantea la venta de la energía sobrante o su acumulación; y su tecnología sigue desarrollándose, como con la elaboración de paneles solares transparentes, los cuales se están probando ya en Japón, y otros paneles solares inspirados en la naturaleza.

Por otro lado, como desventajas de la energía solar, es conveniente citar que los paneles solares tienen un impacto visual en el medio ambiente, la instalación de las plantas fotovoltaicas es caro y requieren un gran espacio, su rendimiento es  algo bajo (entre un 18% y un 40% aprox. según el tipo), y la energía solar no es siempre la misma, depende de otros factores (clima, latitud, etc.).

placas solares

Tipos de energía solar

En primer lugar, se distinguen dos tipos de energía solar principales: energía solar pasiva y activa, según como se capture, convierta y distribuya la energía solar. La energía solar pasiva permite aprovechar la energía procedente del Sol directamente, sin tener que procesarla, como por ejemplo, mediante la arquitectura bioclimática. Mientras que en la energía solar activa sí hay un proceso de transformación energética. Dentro de ésta última, se encuentran  los distintos tipos de energía solar fotovoltaica y energía solar térmica, en las que se usan paneles fotovoltaicos y colectores solares térmicos para recolectar la energía del Sol (lumínica y calorífica, respectivamente).

Por tanto, podemos clasificar la energía solar en los siguientes tipos:

  • Energía solar pasiva
  • Energía solar fotovoltaica
  • Energía solar térmica

Energía solar pasiva

tipos energia solar

¿Qué es la energía solar pasiva?

La energía solar pasiva es el método más antiguo y el más simple de aprovechamiento de la radiación solar. Se trata del conjunto de técnicas dirigidas a la utilización de la energía solar de forma directa, sin transformarla de ninguna manera, para su uso inmediato o para su almacenamiento. Por ello, se basa en la llamada arquitectura bioclimática de las viviendas, mediante la adecuada ubicación, diseño y orientación de los edificios, utilizando de la forma más óptima y eficiente las propiedades de los materiales y los elementos arquitectónicos.

Usos y aplicaciones de la energía solar pasiva

En el diseño de edificios basados en la arquitectura bioclimática, ventanas, paredes y pisos están hechos para recolectar, almacenar y distribuir energía solar en forma de calor en el invierno y rechazar el calor solar en el verano. Esto es lo que se denomina arquitectura solar pasiva, ya que no implica el uso de dispositivos mecánicos y eléctricos.

Las leyes de la termodinámica juegan un papel fundamental para este tipo de arquitectura, dado que las transferencias de calor y temperatura son las bases de la energía solar pasiva. La clave para diseñar un edificio solar pasivo es aprovechar al máximo el clima local realizando un análisis del sitio preciso. Los elementos a considerar incluyen la colocación y el tamaño de la ventana, el tipo de acristalamiento, el aislamiento térmico, la masa térmica y el sombreado. Las técnicas de la arquitectura solar pasiva se pueden aplicar más fácilmente a los edificios nuevos, pero los edificios existentes también se pueden adaptar.

casa sostenible

Algunos de los elementos básicos para generar energía solar pasiva son:

  • Acristalamientos y/o muros colectores orientados específicamente para captar la energía solar, teniendo en cuenta que el calor es retenido por efecto invernadero.
  • Aislamientos para la conservación del calor en la pared de orientación contraria.
  • El calor obtenido de paredes y techos forma una masa térmica, cuya energía se almacena y se transfiere al interior de la vivienda.
  • La refrigeración se controla evitando la ganancia de calor, para lo que se emplean persianas con alerones. Otro método es la extracción de calor de noche.
  • La iluminación natural se genera con paneles reflectantes que envían la luz al interior. Además, las pinturas claras ayudan a aprovechar mejor la luminosidad obtenida con energía solar pasiva.

Asimismo, la tecnología de la energía solar pasiva incluye sistemas con ganancia directa e indirecta para el calentamiento de espacios, sistemas de calefacción pasiva, sistemas de calentamiento de agua basados en termosifón, el uso de masa térmica y de materiales con cambio de fase para suavizar las oscilaciones de la temperatura del aire, cocinas solares, chimeneas solares para mejorar la ventilación natural y el propio abrigo de la tierra.

Beneficios de la energía solar pasiva

Como ventajas de la energía solar pasiva, hay que decir que su coste es muy bajo o incluso nulo, así como su mantenimiento también es muy reducido. Hay que indicar que si hay que invertir en materiales, ubicación de la casa o en la propia arquitectura de la misma, el coste será variable, aunque, posteriormente, veremos reflejado un ahorro en el cómputo total de la energía consumida para calentar o enfriar la casa.

Durante su funcionamiento no se emiten gases de efecto invernadero, pero aun así, se continúa trabajando para mejorar su rendimiento.

Su instalación es personalizable, es decir, el cliente puede tomar algunas decisiones como cuántos paneles quiere colocar, según la cantidad de energía que suela consumir. Así como también es fácil de instalar.

La energía solar pasiva supone un importante ahorro, sobre todo en cuanto a la calefacción de espacios. Además, se puede combinar con otro tipo de energía solar activa (o incluso otro tipo de energía renovable), para ahorrar mucho más.

Y como toda energía solar, es renovable y respetuosa con el medio ambiente.

casa energia solar pasiva

Energía solar fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica es el tipo de energía solar con el que obtener electricidad más popular. A continuación, os contamos todo sobre ella.

¿Qué es la energía fotovoltaica?

La energía solar fotovoltaica o directamente energía fotovoltaica, consiste en la transformación directa de la radiación solar en electricidad aprovechando las propiedades de materiales semiconductores en las células fotovoltaicas de los paneles solares.

La energía solar fotovoltaica es la energía renovable más desarrollada en la actualidad. Según informes de Greenpeace, este tipo de energía podría suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en el 2030.

Gracias a los avances tecnológicos, la sofisticación y la economía de escala, el coste de la energía solar fotovoltaica se ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las primeras células solares comerciales,​ aumentando a su vez la eficiencia, siendo ya su coste medio de generación eléctrica competitivo con las energías no renovables en muchas regiones geográficas.

granja solar que es

Energía fotovoltaica, cómo funciona

Para explicar el funcionamiento de la energía solar fotovoltaica, es necesario saber antes cómo funcionan los paneles solares fotovoltaicos.

¿Y qué es un panel fotovoltaico? Pues un panel solar fotovoltaico es un conjunto de celdas o células fotovoltaicas encapsuladas entre una lámina frontal de vidrio y una posterior de un polímero termoplástico o cristal, rodeadas de un marco de aluminio, hierro o acero.

Cada célula solar fotovoltaica convierte la luz del Sol directamente en electricidad por el denominado efecto fotovoltaico o efecto fotoeléctrico, el cual consiste en que determinados materiales son capaces de absorber fotones (partículas lumínicas) y liberar electrones, generando así una corriente eléctrica. Al incidir la radiación solar sobre una de las caras de la célula fotoeléctrica, se produce una diferencia de potencial eléctrico entre ambas caras, que hace que los electrones sean liberados de los átomos que los contenían.

Las células más comúnmente empleadas en los paneles fotovoltaicos son de silicio, y se puede dividir en tres subcategorías o tipos de células solares:

  • Células de silicio monocristalino: están constituidas por un único cristal de silicio. Este tipo de células presenta un color azul oscuro uniforme.
  • Células de silicio policristalino (también llamado multicristalino): están constituidas por un conjunto de cristales de silicio, lo que explica que su rendimiento sea algo inferior al de las células monocristalinas. Se caracterizan por un color azul más intenso.
  • Células de silicio amorfo: son menos eficientes que las células de silicio cristalino, pero también menos costosas. Este tipo de células es, por ejemplo, el que se emplea en aplicaciones solares como relojes o calculadoras solares.

Los rendimientos típicos de una célula fotovoltaica de silicio policristalino oscilan entre el 14-20%, mientras que para células de silicio monocristalino, los valores oscilan en el 15-21%.

panel solar

Dentro del panel solar, las células solares fotovoltaicas se conectan entre sí formando un circuito en serie y luego en paralelo, y su vez, varios paneles fotovoltaicos (módulos) se pueden conectar también entre sí para formar una matriz solar.

Cabe indicar que cada panel genera corriente eléctrica continua, la cual se debe transformar en alterna, mediante un inversor y/o convertidor de potencia, para poder ser utilizada por los equipos domésticos.

Todo este funcionamiento básico se repite sea cual sea el material usado en la célula solar, siempre y cuando éste tenga propiedades conductoras y absorba la luz.

funcionamiento energia solar esquema

Una vez entendido el funcionamiento de los paneles solares, el siguiente nivel es comprender las instalaciones solares fotovoltaicas.

Una instalación solar, planta solar o granja solar fotovoltaica está formada por los siguientes elementos: los paneles fotovoltaicos para la captación de la radiación solar, los inversores para la transformación de la corriente continua en alterna, un transformador (solo para potencias superiores a los 100kW), el cableado necesario para unir los componentes anteriores, contadores para cuantificar la energía que se genera e inyecta a la red, y seguidores solares según el tipo de instalación, que son paneles que siguen el recorrido del Sol sobre un eje asociado a un ordenador, de modo que se van orientando hacia el Sol y aumentan considerablemente la producción solar.

Finalmente, después de pasar por todos estos elementos, la energía solar generada se inyecta directamente a la red de distribución o directamente en casa, para su posterior suministro.

funcionamiento planta solar

Por otro lado, hay que destacar que se están investigando nuevos tipos de energía solar fotovoltaica. Hay líneas de investigación sobre paneles híbridos que permiten generar energía eléctrica y térmica a la vez. Asimismo, se está trabajando en nuevos materiales para lograr paneles solares más baratos, eficientes y ligeros, como los paneles transparentes y los paneles inspirados en alas de mariposas.

Una alternativa de bajo coste a las células de silicio cristalino, es la energía fotovoltaica de capa o película fina, que consisten en una célula solar fabricada mediante el depósito de una o más capas delgadas (película delgada) de material fotovoltaico en un sustrato. Dicho material puede ser silicio amorfo, teluro de cadmio, cobre indio galio o seleniuro, células solares sensibilizadas por colorante o células solares orgánicas (OPV en inglés). Éstas últimas, aunque aún están en fase de investigación, prometen revolucionar el sector de la energía solar fotovoltaica, ya que se podrán usar en diferentes tipos de materiales y conseguirán reducir aún más los costes, entre otras ventajas.

paneles solares de capa fina

Por su parte, la energía solar fotovoltaica de concentración (CPV en inglés), emplea lentes, espejos curvados y otros tipos de ópticas para concentrar mucha radiación solar en una pequeña área de células fotovoltaicas. En comparación con las tecnologías fotovoltaicas convencionales, este sistema permite ahorrar costes en las células solares, así como también puede usar células fotovoltaicas de multiunión, las cuales son mucho más eficientes, a pesar de su precio más elevado.

paneles solares de concentracion

Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica

Como hemos visto, la energía solar fotovoltaica aprovecha las propiedades del silicio para convertir la radiación solar en corriente eléctrica, la cual se utiliza para suministrar electricidad a hogares particulares mediante placas solares autoconsumo o para vender electricidad a la red eléctrica a través de una instalación fotovoltaica conectada a red, cuyos elementos ya hemos explicado.

Cabe indicar que el autoconsumo fotovoltaico o la energía solar fotovoltaica para viviendas, se puede complementar con el balance neto. Esto permite compensar el consumo eléctrico mediante una instalación fotovoltaica en el hogar en momentos de menor consumo. Esta idea, la cual ya fue implantada con éxito en muchos países, también fue propuesta y apoyada en España.

paneles fotovoltaicos en tejado

Sin embargo, la energía fotovoltaica también es muy utilizada para alimentar pequeños dispositivos electrónicos o gadgets, como la típica calculadora solar fotovoltaica que habremos tenido o visto.

Así pues, al principio de su creación, las células fotovoltaicas se emplearon de forma minoritaria en juguetes y pequeños dispositivos, como relojes y calculadoras, ya que antiguamente su precio era elevado.

No obstante, las placas solares fotovoltaicas sí fueron bastante utilizadas en el espacio, sobre todo en los satélites espaciales, donde se utilizan células solares de arseniuro de galio (GaAs) en vez de silicio debido a su mayor eficiencia, aunque actualmente también emplean la deposición química de metales por vapores orgánicos (MOCVD).

uso energia solar en espacio

Y tras este impulso, el uso de la energía solar fotovoltaica se volvió más popular, se abarataron sus precios y se empezó a usar en más ámbitos, los cuales os contamos a continuación.

La primera instalación comercial de energía solar fotovoltaica se realizó en 1966 en el faro de la isla Ogami (Japón), con el fin de sustituir el uso de gas de antorcha. Este fue el primer faro del mundo alimentado mediante energía solar, demostrando así su potencial.

faro de la isla Ogami

Hoy en día, la energía solar fotovoltaica se emplea en boyas de navegación marítima, en calculadoras solares, en baterías solares, en elementos de la vía pública como parquímetros, sistemas de iluminación y de señalización, en refugios de montaña, en aplicaciones de telecomunicación como centrales locales de telefonía, antenas de radio y televisión y estaciones repetidoras, en sistemas de vigilancia de datos ambientales y de calidad del agua, teléfonos de emergencia, compactadores de basura, sistemas de iluminación en el rural, donde muchos pueblos se encuentran en áreas remotas a varios kilómetros de la red eléctrica, sistemas de bombeo de riego o agua potable, integrada en edificios, así como también se están desarrollando vehículos impulsados con este tipo de energía.

farolas solares urbanas

Con esto, “la energía solar se convertirá en los próximos diez años en la fuente de electricidad más barata en muchas partes del mundo, en un contexto de caída continuada en el coste de los paneles fotovoltaicos”, asevera International Business Time, haciéndose eco de una investigación realizada por el ‘think tank’ alemán Agora Energiewende.

Energía fotovoltaica: ventajas y desventajas

Como todas las cosas, la energía solar fotovoltaica presenta ventajas e inconvenientes. Como ventajas, hay que decir que se trata de una energía renovable, muy accesible para todos, silenciosa y que casi no emite gases contaminantes. Durante su funcionamiento no emite ningún tipo de polución. Gracias a los avances tecnológicos, la sofisticación y la economía de escala, el coste de la energía solar fotovoltaica se ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las primeras células solares comerciales, aumentando a su vez la eficiencia, y logrando que su coste medio de generación eléctrica sea ya competitivo con las fuentes de energía convencionales en un creciente número de regiones geográficas, alcanzando la paridad de red.

Las instalaciones solares fotovoltaicas pueden operar durante 30 años o más con escaso mantenimiento. Además, después de su vida útil, la mayor parte de los paneles fotovoltaicos pueden ser reciclados, hasta el 95% de ciertos materiales semiconductores, el vidrio y metales ferrosos. Asimismo, la energía fotovoltaica es capaz de generar empleo y de proporcionar electricidad a hogares sin recursos o en zonas aisladas.

instalacion placas solares

Además, entre las ventajas del autoconsumo solar se encuentran las siguientes: es fácil de instalar e incorporar a la arquitectura de la vivienda. Cada vez es más rentable que uno mismo produzca su propia electricidad, por lo que se reduce la dependencia de las compañías eléctricas. Se genera un sistema distribuido de generación eléctrica que reduce la necesidad de invertir en nuevas redes y las pérdidas de energía por el transporte de la electricidad a través de la red. También se reduce la dependencia energética del país con el exterior; se evitan problemas para abastecer toda la demanda en hora punta, y se minimiza el impacto de las instalaciones eléctricas en su entorno.

campo solar

Por otro lado, como desventajas de los paneles solares fotovoltaicos, hay que indicar que su rendimiento depende directamente de la radiación solar recibida, por lo que si no están perfectamente alineados de forma perpendicular al Sol, se perderá entre un 10-25%, además su producción también está condicionada por las condiciones meteorológicas, lo que hace necesario que muchas veces se tenga que combinar esta energía con otra. Los parques de las instalaciones solares requieren de grandes superficies de captación, causando un impacto visual. El coste de las grandes instalaciones todavía es elevado y su rendimiento es bastante bajo. Asimismo, las pequeñas y medianas instalaciones deben esperar un tiempo para que las compañías eléctricas las homologuen y compren su producción.

Compra tus paneles solares para casa

Como hemos visto, las placas solares autoconsumo están en alza para generar tú mismo tu propia electricidad. Si quieres ayudar a frenar el cambio climático y tener una vivienda sostenible, es muy buena idea que compres placas solares baratas para tu hogar.

Asimismo, seguro que también vas a necesitar un convertidor de corriente alterna o inversor de onda pura para completar tu instalación de energía solar en tu casa.

Y una batería para energía solar, batería agm o batería de ciclo profundo, para acumular tu energía sobrante durante el día y poder utilizarla por la noche o aquellos días en los que no luzca el Sol.

Además, cabe indicar que si tenéis dudas a la hora de comprar cada elemento de vuestra instalación solar fotovoltaica casera, los kit de placas solares son vuestra solución. Así, con un kit solar fotovoltaico tendréis ya todo lo necesario para empezar a producir vuestra propia energía renovable.

paneles fotovoltaicos

Energía solar térmica

El Sol también es utilizado para calentar agua y otros elementos, a través de la energía térmica solar. A continuación os explicamos en qué consiste esta energía, sus usos y aplicaciones, y sus ventajas e inconvenientes.

Energía solar térmica, ¿qué es?

La energía solar térmica, energía solar termoeléctrica o energía termosolar, es un tipo de energía solar que consiste en el aprovechamiento de la energía del Sol para producir calor con el que calentar agua, otro fluido o aire mediante colectores solares.

Este calor servirá para cocinar alimentos, para producir agua caliente sanitaria o de uso doméstico, para calefacción, para sistemas de refrigeración, y para generar energía mecánica y eléctrica. Así como también es posible su almacenamiento.

paneles solares termicos

¿Cómo funciona la energía solar térmica?

A grandes rasgos, el funcionamiento de la energía solar térmica consiste en captar los rayos del Sol con un panel solar térmico o colector solar por el que se hace circular agua u otro fluido. El calor absorbido por el panel es transferido al líquido, y ya puede ser usado directamente o almacenado para cuando nos haga falta.

Veamos, a continuación, en detalle, el funcionamiento de una instalación solar térmica, cuya finalidad es la obtención de calor, la cual es muy utilizada en las viviendas.

Una instalación solar térmica está compuesta por varios sistemas:

  • Sistema de captación de radiación solar: está formado por los captadores o colectores solares conectados entre sí. Un captador solar o colector solar térmico es el elemento que captura la radiación solar y la convierte en energía térmica o calor, aumentando la temperatura de un fluido (generalmente agua) que circula por la instalación. Cada placa solar térmica o colector solar se compone de los siguientes elementos:
  • Cubierta: es transparente, puede estar presente o no. Generalmente es de vidrio aunque también se utilizan de plástico, ya que es menos caro y manejable, pero debe ser un plástico especial. Su función es minimizar las pérdidas por convección y radiación y por eso, debe tener una transmitancia solar lo más alta posible.
  • Canal de aire: es un espacio (vacío o no) que separa la cubierta de la placa absorbente. Su espesor se calculará teniendo en cuenta las pérdidas por convección y las altas temperaturas que se pueden producir si es demasiado estrecho.
  • Placa absorbente: la placa absorbente es el elemento que absorbe la energía solar y la transmite al líquido que circula por las tuberías. La principal característica de la placa es que tiene que tener una gran absorción solar y una emisión térmica reducida.
  • Tubos o conductos: los tubos están tocando (a veces soldadas) la placa absorbente para que el intercambio de energía sea lo más grande posible. Por los tubos circula el líquido que se calentará e irá hacia el tanque de acumulación.
  • Capa aislante: la finalidad de la capa aislante es recubrir el sistema para evitar y minimizar pérdidas. Para que el aislamiento sea el mejor posible, el material aislante deberá tener una baja conductividad térmica.

funcionamiento colector solar esquema

Existen distintos tipos de placas solares térmicas. La elección de un colector u otro dependerá principalmente de si se trata de instalaciones térmicas solares de baja (<80ºC), media (100-300ºC) o alta (>500ºC) temperatura. El más común para el hogar es el captador solar plano, que es de baja temperatura, ya que puede generar temperaturas de hasta 60º a un precio muy reducido. Entre los distintos sistemas de captación solar destacamos:

  • Colectores solares planos: se trata del captador solar más extendido. Se utiliza en sistemas térmicos solares domésticos para calentar agua y la casa.
  • Captadores solares térmicos no vidriados: es frecuente para calentar el agua de piscinas y spas. El aumento de temperatura es bajo, en torno a 30°C. Son más económicos que los captadores solares planos. También son de baja temperatura.
  • Colectores solares de tubo de vacío: consisten en tubos de metal que recubren el tubo metálico que contiene el fluido de trabajo, dejando entre ambos una cámara que actúa como aislante. Tienen un rendimiento muy elevado, pero su costo también lo es. Pueden ser de temperatura baja o media.
  • Captadores solares con sistemas de concentración de la radiación: se utilizan para instalaciones que requieren temperaturas más elevadas, como en las centrales termosolares. Se utilizan paneles en formas parabólicas o semi-cilíndricas y espejos que concentran la radiación.
  • Captadores solares térmicos con sistemas de seguimiento de la posición del Sol. Su posición va variando al largo del día para mantener una posición perpendicular a la radiación solar recibida. Se pueden utilizar tanto en viviendas como en centrales.

tipos paneles solares termicos

A la hora de montar una instalación solar térmica, hay que tener en cuenta que se debe hacer una distribución de los captadores o colectores solares en grupos. Estas agrupaciones deberían estar siempre formadas por unidades del mismo modelo y con una distribución lo más uniforme posible. Hay dos opciones o tipologías básicas para agrupar dos o más captadores: en serie o en paralelo. Además, se puede configurar un campo de captación combinando las dos agrupaciones, que es lo que llamamos agrupaciones o circuitos mixtos.

  • Sistema de acumulación de la energía solar térmica: Consiste en almacenar la energía calorífica en un depósito de acumulación para su posterior utilización. El sistema de acumulación está formado por uno o más depósitos de agua caliente. La dimensión de los depósitos de almacenamiento deberá ser proporcional al consumo estimado y debe cubrir la demanda de agua caliente de uno o dos días. El agua caliente almacenada se puede utilizar directamente, como es el caso del calentamiento del agua de una piscina, en aplicaciones de agua caliente sanitaria o en calefacción.

Debido a que el momento de necesidad de agua caliente no siempre coincide con el momento en el que hay suficiente radiación será necesario aprovechar al máximo las horas de Sol para acumular la energía térmica en forma de agua caliente.

colector solar plano

  • Sistema de distribución de la energía solar térmica: En este sistema se engloban todos los elementos destinados a la distribución del medio portador de calor a las zonas de a consumo: control, tuberías y conducciones, vasos de expansión, bombas, purgadores, válvulas, etc.
  • Sistemas convencionales de apoyo energético: Las instalaciones de energía solar térmica necesitan sistemas de apoyo convencionales en previsión a la falta de radiación solar o a un consumo superior al dimensionado. En la mayoría de los casos, tanto en instalaciones en viviendas unifamiliares como en edificios de viviendas, las instalaciones solares se diseñan para proporcionar a las viviendas entre el 60-80 % del agua caliente demandada, aunque en zonas con gran insolación a lo largo del año, el porcentaje de aporte suele ser superior.

En este sistema también se incluye el sistema de emergencia, que saltará en caso que éste falle. Es decir, la caldera o el radiador. Estos sistemas convencionales de apoyo energético usan combustible, electricidad o gas natural.

funcionamiento energia termica domestica

Así, un sistema solar térmico para uso doméstico ayuda a ahorrar energía y dinero a la par que ayuda a proteger el Medio Ambiente. Lo habitual es que un sistema solar térmico para una vivienda, cubra el 80-85% de la demanda de energía del hogar. Si la zona recibe una cantidad de sol mayor que la media, este porcentaje puede rozar el 95%. Aunque durante el otoño y el invierno, este porcentaje puede bajar al 70%, por la ausencia de sol en muchas ocasiones.

Toda instalación solar térmica doméstica consta de los siguientes elementos:

  • Panel captador o colector solar: como hemos visto, pueden ser de varios tipos, pero los más comunes son los colectores solares planos vidriados o no vidriados y los colectores de tubo de vacío, ambos de temperatura baja.
  • Circuito primario: es un circuito cerrado que transporta el calor desde el captador hasta el acumulador o lugar de almacenamiento de calor. El líquido calentado lleva ese calor hasta el acumulador y una vez enfriado, regresa al colector para ser calentado de nuevo.
  • Intercambiador de calor: se localiza en el extremo del circuito primario, muchas ya dentro del propio acumulador. Calienta el agua de consumo a través del calor captado. Tiene forma de serpentín para aumentar la superficie de contacto y la eficiencia.
  • Acumulador: es un depósito en el que se acumula el agua caliente para su consumo. Tiene una entrada para el agua fría y una salida para la caliente. La fría entra por debajo del acumulador donde se encuentra con el intercambiador, a medida que se calienta se desplaza hacia arriba, que es desde donde saldrá el agua caliente para el consumo. Internamente dispone de un sistema para evitar el efecto corrosivo del agua caliente almacenada sobre los materiales; mientras que por fuera tiene una capa de material aislante que evita pérdidas de calor. Obviamente, este sistema de acumulación debe tener un tamaño acorde al uso. Si es para uso doméstico, basta con un depósito de 60 litros, pero si es para una piscina o cualquier fin industrial, el depósito debe ser mucho mayor.
  • Circuito secundario: se trata de un circuito abierto en el que por un lado entra agua fría y por el otro sale el agua caliente que se consume. El agua fría pasa antes por el acumulador, donde calienta el agua hasta cierta temperatura.
  • Bombas: en caso de que la circulación sea forzada, hay dos bombas. Una funciona la mitad del día y la otra, la otra mitad. En general, suele haber 4 bombas en total: dos en cada circuito descrito.
  • Vaso de expansión: éste absorbe variaciones de volumen del fluido que circula por los conductos del captador, manteniendo así la presión adecuada en todo momento.
  • Tuberías: las tuberías de la instalación se encuentran recubiertas de un aislante térmico para evitar pérdidas de calor con el entorno. Actualmente, se utiliza para el circuito cerrado cañerías de acero inoxidable BPDN aislada con espuma elastomérica y rodeada de una mica de EPDM que da aislamiento térmico y proporciona durabilidad al proteger contra la radiación y fallas por ruptura de uniones y soldaduras.
  • Energía auxiliar convencional: en períodos de baja radiación térmica o con altas demandas de consumos, necesitaremos un sistema de apoyo que caliente el agua, independientemente del sistema solar, denominado generador auxiliar. Por lo general, se utilizan calderas, que comenzarán a funcionar en esas condiciones, para calentar el agua a la temperatura prefijada (temperatura de consigna).
  • Panel de control: muchas veces, se dispone también de un panel principal de control en la instalación, donde se muestran las temperaturas en cada instante (un regulador térmico), de manera que pueda controlarse el funcionamiento del sistema en cualquier momento.

esquema energia solar termica

Por otra parte, en una central solar térmica o central termosolar, se aprovecha la misma radiación solar para generar electricidad. Dicha radiación se utiliza también para calentar un fluido, pero en este caso, mediante termodinámica se produce energía para mover un alternador que genera energía eléctrica.

Las centrales solares térmicas, emplean, por ello, colectores solares de alta temperatura, los cuales pueden ser de concentración o de otros tipos más desarrollados y potentes. De este modo se pueden obtener temperaturas de 300ºC a 1000ºC. En general, la captación y concentración de los rayos solares se hacen por medio de espejos con orientación automática que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido (diseño de torre central), o con mecanismos más pequeños de geometría parabólica. El conjunto de la superficie reflectante y su dispositivo de orientación se denomina heliostato.

paneles solares termicos baja temperatura

A grandes rasgos, las centrales solares térmicas constan de los siguientes elementos para su funcionamiento:

  • Captadores solares (de distinto diseño y tecnología) o Helióstatos: conjunto de captadores con espejos que cambian su orientación y reflejan y concentran los rayos en un punto (torre o tubería).
  • Caldera: situada en la torre, es donde se calienta el fluido y se evapora debido a las altas temperaturas alcanzadas.
  • Turbina: recibe la presión del vapor del agua para hacer girar el generador.
  • Generador o Alternador: es movido por el contacto de la turbina y produce electricidad al transformar la energía mecánica en eléctrica.
  • Acumulador: almacena la energía calorífica que no ha sido utilizada, para su posterior uso en ausencia de radiación solar. Cabe indicar que para el almacenamiento del calor, las centrales térmicas solares suelen utilizar vapor presurizado, hormigón, una variedad de materiales con cambio de fase, grafito purificado y sales fundidas, como calcio, sodio, nitrato de potasio y nitrato de calcio. En el caso de las sales, se instalan tanques de sal calientes, los cuales están bien aislados y son capaces de almacenar el calor durante una semana. La central solar de Andasol ubicada en España, es la primera central solar termal comercial en usar sal fundida para almacenar calor y generar electricidad durante la noche. Esta central entró en funcionamiento el marzo del año 2009.
  • Transformador: eleva la tensión de la energía eléctrica generada en el alternador para hacerla llegar a la red eléctrica.
  • Condensador: condensa el vapor de la caldera a agua líquida mediante enfriamiento, para que ésta pueda volver a utilizarse.
  • Bomba: es la encargada de impulsar el agua de nuevo hasta la caldera
  • Centro de control: es en donde se controla todo el proceso.

funcionamiento central solar termica esquema

Tipos de energía solar térmica

La energía solar térmica puede ser de baja temperatura, media o alta, según el tipo de panel solar térmico que utilice y cual sea su finalidad.

Así, como vimos, los colectores de baja temperatura son placas planas para calentar agua en el hogar y que no suelen superar los 65ºC o los 80ºC en algunos casos. Los colectores de temperatura media también son placas planas para calentar agua o aire, pero que concentran la radiación solar y ofrecen entre 100ºC y 300ºC. Y los colectores de alta temperatura son los que concentran la luz usando espejos y lentes de alta tecnología y que se utilizan en las centrales termosolares, donde superan los 500ºC.

Veamos a continuación cada tipo de energía solar térmica con algo más de detalle.

  • Energía solar térmica de baja temperatura: es aquella utilizada en las instalaciones domésticas de autoconsumo, como la que hemos descrito en el apartado anterior. Utiliza colectores solares planos (vidriados o no vidriados) y colectores de tubo de vacío. Cabe indicar que la circulación del agua por el interior de los circuitos se puede obtener mediante termosifón, aprovechando la diferencia de densidad del agua a distintas temperaturas, o mediante una bomba de circulación, la cual hemos comentado también en el apartado anterior.

captadores solares termicos

  • Energía solar térmica de media temperatura: Los colectores utilizados aquí son planos, de tubo de vacío o semiparabólicos, y alcanzan temperaturas entre los 100 y los 300º. Las instalaciones de temperatura media pueden usar varios diseños, los más comunes son: glicol a presión, drenaje trasero, sistemas de lote y sistemas más nuevos de baja presión tolerantes al congelamiento que usan tuberías de polímero que contienen agua con bombeo fotovoltaico. Los estándares europeos e internacionales están siendo revisados para incluir innovaciones en diseño que incluyen “colectores permanentemente húmedos”, que reduce o incluso elimina la ocurrencia de tensiones de no flujo de alta temperatura conocidas como estancamiento, que reducen la vida esperada de los colectores.

captadores solares tubo de vacio

  • Energía solar térmica de alta temperatura: esta es la energía solar que utiliza la tecnología termosolar de concentración (CSP en inglés), la cual usa espejos y lentes para concentrar una gran cantidad de luz solar sobre una superficie pequeña. Esto genera mucho calor, el cual impulsa un motor térmico (turbina de vapor) conectado a un generador de electricidad. La energía solar térmica de concentración es mucho más eficiente que la energía fotovoltaica, lo cual reduce el tamaño de los colectores y por tanto, la superficie necesaria para su instalación, disminuyendo el impacto ambiental y su costo.

Los colectores térmicos de concentración de alta temperatura operan a temperaturas superiores a 500ºC y pueden ser de distintos tipos o diseños:

  • Captadores cilindro-parabólicos (CCP): concentran la radiación solar mediante espejos con forma parabólica en una tubería absorbente que pasa por el eje de dicha parábola, la cual calienta un fluido (aceite sintético, sal fundida o vapor presurizado) en su interior, pudiendo alcanzar los 450ºC. Estos captadores también van modificando su posición para adaptarse a la de los rayos solares. El receptor puede estar encerrado en una cámara al vacío de vidrio para tener un mayor rendimiento al reducir la pérdida de calor por convección y evitar la acumulación de polo sobre los espejos. Posteriormente, el fluido que contiene el calor es transportado a un motor térmico, donde parte del calor es transformado en electricidad. Con esta tecnología, destacan la Nevada Solar One en Nevada (California) y Andasol en España.

captador solar cilindrico parabolico esquema

  • Centrales solares de torre central: los sistemas de torre o receptor central están formados por un campo de heliostatos (espejos móviles sobre 2 ejes), que captan y concentran la radiación directa del Sol sobre un receptor, instalado en la parte superior de una torre central. A continuación, el receptor solar central genera vapor a alta temperatura (superior a 500ºC) que es utilizado para mover una turbina que produce energía eléctrica. Este sistema se conoce como “ciclo de Rankie” y es similar al utilizado en las plantas de combustibles fósiles, con la excepción de que aquí la fuente de energía es limpia y renovable. La ventaja de este diseño en comparación al diseño cilíndrico-parabólico es que logra alcanzar temperaturas más altas. La energía termal a temperaturas más altas puede ser convertida en electricidad con mayor eficiencia y es más barato el almacenamiento para ser usada posteriormente. El proyecto Solar Dos localizado en Daggett, California y el CESA-1 localizado en Plataforma Solar de Almería, España, son las centrales de demostración más típicas de esta tecnología.

central solar de heliostatos

  • Discos parabólicos o Sistema Disco Stirling: son sistemas con forma de un gran disco reflector parabólico que concentran la energía solar en un punto en el que se sitúa un receptor solar y un motor Stirling o una microturbina de combustión externa con un alternador acoplado que produce la energía eléctrica. El fluido localizado en el receptor se calienta aquí hasta temperaturas de más de750ºC. Y toda la unidad actua como un seguidor solar. Cabe indicar que esta tecnología todavía está en experimentación y aún es de menor rentabilidad que las anteriores. Los sistemas de disco parabólico son los que proporcionan la más alta eficiencia entre las tecnologías de CSP.

panel solar de disco stirling

  • Receptores lineales de Fresnel (LFR): estos sistemas son más complejos, ya que usan inclinaciones alternas para los espejos. Así, los reflectores llevan espejos planos normales y simulan la curvatura de los espejos cilindro-parabólicos, variando el ángulo de cada fila con un solo eje de seguimiento. Estos espejos enfocan la radiación en uno o más receptores lineales localizados sobre los mismos espejos. La idea de estos sistemas es ofrecer bajos costos totales al compartir un receptor entre varios espejos (cuando se le compara con los conceptos cilíndricos y de disco), mientras que usan la simple geometría de enfoque lineal con un eje de seguimiento. Además, en este caso, no se necesitan fluidos y las estructuras son más simples. No se conocen de sistemas termales que usen lentes de Fresnel en operación a plena escala, aunque ya se encuentran disponibles algunos productos que incorporan lentes de Fresnel en conjunto con células fotovoltaicas.

paneles solares termicos fresnel

En general, se espera que el crecimiento de la CSP continúe a paso rápido durante los próximos años. España tenía una capacidad instalada de 2362MW a comienzos de 2016, convirtiéndose en líder mundial en CSP. Actualmente existe un interés notable por la energía solar térmica de alta temperatura de concentración en el Norte de África y el Medio Oriente, así como en India y China. El mercado global ha sido dominado por las centrales cilíndrico-parabólicas, que constituyen el 90 % de las centrales termosolares que se construyen actualmente.

Usos de la energía solar térmica

Aunque el principio de funcionamiento es muy similar, existen dos principales aplicaciones de la energía solar térmica:

  • Energía solar térmica para uso en viviendas e instalaciones pequeñas
  • Grandes centrales de energía solar térmica.

En lo que respecta al uso de la energía solar térmica de forma doméstica y en pequeñas instalaciones, los sistemas de energía solar térmica resultan útiles para distintas aplicaciones:

  • Producción de agua caliente sanitaria (ACS), ACS solar o “agua de manos”: esta es la principal aplicación de este tipo de energía solar. El agua caliente sanitaria se usa a una temperatura de 45ºC, temperatura a la que se puede llegar fácilmente con captadores solares planos, o sea, con energía solar térmica de baja temperatura.

paneles solar acs

  • Calefacción de baja temperatura: la energía solar térmica también puede ser un complemento al sistema de calefacción que se tenga, sobre todo para sistemas que utilicen agua a menos de 60ºC. En este caso, el sistema que mejor funciona es el del suelo radiante, ya que la temperatura del fluido que circula por el circuito es de unos 45ºC.

suelo radiante

  • Calentamiento de agua de piscinas y spas: esta es otra de las principales aplicaciones de la energía termosolar. El uso de colectores puede permitir el apoyo energético en piscinas al exterior alargando el periodo de baño, mientras que en instalaciones para uso de invierno, en las épocas de poca radiación solar, podrán suministrar una parte pequeña de apoyo a la instalación convencional. Además, hay que considerar que el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) prohíbe el calentamiento de piscinas descubiertas en su totalidad con fuentes de energía convencionales.

energia solar termica piscina y suelo radiante

  • Aire acondicionado mediante máquinas de absorción: esto será llevado a cabo mediante colectores de tubo de vacío o planos de alto rendimiento (energía térmica de temperatura media), para que así produzcan ACS, calefacción en invierno y frío en verano mediante este sistema.

energia solar termica autoconsumo

  • Procesos industriales pequeños: Las aplicaciones de la energía solar térmica se extienden también al sector industrial: agua caliente y precalentamiento de agua de proceso, calefacción, aire caliente y refrigeración. También en piscinas de evaporación para obtener sal del agua salada, para producir vapor para la fabricación de algunos alimentos, en secadores solares para secar madera, alimentos y cultivos; cocinas solares que emplean la radiación solar para cocinar, secar y pasteurizar, siendo en este caso necesaria energía solar térmica de temperatura media y de temperatura alta para hornos solares; destiladores solares para procesar agua potable, etc.

horno solar termico

Por otra parte, en cuanto al uso de la energía solar termoeléctrica en centrales, no hay mucho más que decir de lo que ya hemos explicado sobre cómo utilizan la energía del Sol para obtener electricidad. La generación fototérmica de electricidad es actualmente una de las aplicaciones más extensas de la energía solar en el mundo. Por ejemplo, existen más de 2,5 millones de m² de concentradores solares instalados en 9 plantas Solar Energy Generation System (SEGS) de la Compañía Luz de Israel, que representan 354MW y más del 85 % de la electricidad producida con energía solar en ese país. En España, es destacable la central Andasol 1 en Guadix.

Energía solar térmica: ventajas y desventajas

Como ventajas de la energía solar térmica hay que destacar que se trata de una energía limpia, renovable y que contribuye a la reducción de las emisiones de CO2. Además, resulta bastante eficiente a la hora de empelarla para producir electricidad a gran escala. Mientras que las instalaciones solares térmicas de uso doméstico para producir calor, presentan ventajas económicas, suponiendo un ahorro de dinero y combustibles a medio y largo plazo, resultan fáciles de instalar, ocupan poco espacio y apenas necesitan mantenimiento.

Sin embargo, como desventajas de la energía solar térmica, cabe señalar, que al igual que ocurre en los otros tipos de energía solar, al depender del Sol, es una energía algo intermitente, ya en la noche y en los días nublados o con lluvia no se puede producir, por lo que se necesitan sistemas para acumular la energía para esos momentos. Y en cuanto a la instalación de un sistema solar térmico doméstico, también cabe indicar como inconvenientes o aspectos negativos, que la inversión de dinero inicial puede ser elevada, a veces resulta complicada su instalación en edificios antiguos debido a la falta de previsión, a gran escala se necesita bastante espacio, y causa un impacto visual.

colectores solares termicos en tejado

Compra tu panel solar casero térmico

Si quieres obtener energía solar, ahorrar en tus facturas de luz y calefacción, puedes comprar placas térmicas o placas solares térmicas baratas, instalarlas en tu vivienda y así ayudar a frenar el cambio climático, reduciendo las emisiones de CO2.

En concreto, para el uso doméstico de la energía solar térmica, son especialmente populares los equipos domésticos compactos, compuestos típicamente por un depósito para energía solar de unos 150 litros de capacidad y un colector de unos 2m2. Estos equipos, disponibles tanto con circuito abierto como cerrado, pueden suministrar el 90% de las necesidades de agua caliente anual para una familia de 4 personas, dependiendo de la radiación y el uso. Estos sistemas evitan la emisión de hasta 4,5 toneladas de gases nocivos para la atmósfera. Y la vida útil de algunos equipos puede superar los 25 años con un mantenimiento mínimo, dependiendo de factores como la calidad del agua.

kit colector solar tubos de vacio

Además, dentro de estos equipos destacan los Kit termo solar casero o termosifón casero, en los que el acumulador se sitúa también fuera, justo encima de los paneles solares térmicos. De hecho, esto se puede adquirir ya unido como los kit solar acs o kit de energía solar térmica.

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Fuentes: Wikipedia, Cemaer, Energía Solar y Erenovable.com

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La energía solar, todo sobre ella
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La energía solar es una fuente de energía limpia y renovable muy utilizada. Aquí te contamos TODO sobre ella (Tipos, Aplicaciones, Ventajas, Desventajas...)
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