Solar hot water system/es

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El agua caliente solar describe tecnologías solares activas y pasivas que utilizan la energía térmica solar abundante para calentar agua para una aplicación deseada.

Es una de las formas más eficientes de calentar agua (en términos de energía y residuos), ya que no requiere conversión energética, a diferencia del calentamiento por resistencia eléctrica o la quema de combustible. Se trata de una simple transferencia y concentración de energía térmica de un lugar a otro. ( Véase Wikipedia: Transferencia de calor ) . Otro ejemplo de la eficiencia de esta tecnología es que funciona con energía solar, que es gratuita y depende únicamente de la tecnología utilizada, su coste y su eficiencia. En otras palabras, la energía es gratuita; solo los dispositivos de captación, conversión y almacenamiento contribuyen al coste del sistema. Dicho esto, la principal desventaja de la energía solar térmica es que solo está disponible en cualquier lugar y momento en que el Sol sea visible.

Si alguna vez ha sentido agua caliente goteando de una manguera de jardín que estuvo expuesta al sol, ha experimentado el agua caliente solar en acción.

Básicamente, un sistema de agua caliente solar se compone de un colector solar térmico , un recipiente de almacenamiento bien aislado y un sistema para transferir el calor del colector al recipiente frente a un medio fluido, que en algunos casos es el agua misma.

aplicaciones

Dado que existen innumerables aplicaciones que utilizan agua caliente doméstica, comercial e industrial a nivel mundial, existen oportunidades para aplicar tecnologías solares térmicas para calentar esta agua.

Hoy en día el mercado está cambiando y tanto los costos económicos como ambientales asociados con el uso de gas y electricidad para calentar agua están siendo desafiados por sistemas más eficientes y menos costosos como el sistema de agua caliente solar.

fondo

El agua caliente solar no es un fenómeno nuevo. Se utilizó ampliamente en Estados Unidos hasta aproximadamente la década de 1920, cuando fue sustituida por sistemas fiables de combustibles fósiles.

Algunos consideran que el agua caliente tiene poca aplicación en el ámbito de la tecnología apropiada y que, en su mayoría, es un lujo que se permite en los países desarrollados. Un texto ^{[ se requiere verificación ]} sobre el tema sugiere que el agua caliente que se necesita en el "tercer mundo" puede calentarse utilizando un combustible como la madera, que calienta simultáneamente el hogar y el agua. Tales desestimaciones son peligrosas por dos razones:

• En primer lugar, la Tecnología Apropiada busca reducir el desperdicio y aumentar la eficiencia en el uso de los recursos naturales. Si bien la madera calienta tanto el agua como el hogar, también es un recurso natural inaccesible en muchos países empobrecidos. Si bien el sol está presente en todas partes y emitirá energía independientemente de si lo usamos o no. Muchas mujeres y niños en países en desarrollo mueren de enfermedades pulmonares causadas por la ventilación inadecuada y el exceso de humo de las cocinas; de hecho, suele ser la principal causa de muerte, por encima del sida y el hambre.
• En segundo lugar, es imperativo que, donde se necesite agua caliente, exista una manera de obtenerla de forma rentable y dentro de los parámetros establecidos por los recursos locales. Si esta tecnología se extiende, podría reducir significativamente la huella ecológica de una región asociada con los métodos convencionales de calentamiento de agua .

Energía del Sol

La radiación solar llega a la atmósfera superior de la Tierra a una velocidad de 1366 vatios por metro cuadrado (W/m ² ). ^{[ 1 ]} El mapa A muestra cómo varía la energía solar en diferentes latitudes.

Al viajar a través de la atmósfera, el 6 % de la radiación solar entrante (insolación) se refleja y el 16 % se absorbe, lo que resulta en una irradiancia máxima en el ecuador de 1020 W/m². Las condiciones atmosféricas promedio (nubes, polvo, contaminantes) reducen aún más la insolación en un 20 % por reflexión y en un 3 % por absorción. Las condiciones atmosféricas no solo reducen la cantidad de insolación que llega a la superficie terrestre, sino que también afectan la calidad de la insolación al difundir la luz entrante y alterar su espectro. ^{[ 2 ]}

El Mapa C muestra la irradiancia global promedio calculada a partir de datos satelitales recopilados entre 1991 y 1993. Por ejemplo, en América del Norte, la insolación promedio a nivel del suelo durante un año completo (incluyendo noches y periodos nublados) se sitúa entre 125 y 375 W/m² (3 a 9 kWh/m²/día). ^{[ 3 ]} Esto representa la potencia disponible, no la potencia suministrada. Actualmente, los paneles fotovoltaicos suelen convertir alrededor del 15 % de la luz solar incidente en electricidad ; por lo tanto, un panel solar en los Estados Unidos continentales suministra en promedio entre 19 y 56 W/m² o entre 0,45 y 1,35 kWh/m²/día. ^{[ 4 ]}

Los discos oscuros en el Mapa C a la derecha son un ejemplo de las áreas de tierra que, si se cubrieran con paneles solares con una eficiencia del 8%, producirían ligeramente más energía en forma de electricidad que el suministro total de energía primaria mundial en 2003. ^{[ 5 ]} Si bien la insolación y la potencia promedio ofrecen una idea del potencial de la energía solar a escala regional, las condiciones localmente relevantes son de importancia primordial para el potencial de un sitio específico.

Tras atravesar la atmósfera terrestre, la mayor parte de la energía solar se presenta en forma de radiación visible e infrarroja. Las plantas utilizan la energía solar para generar energía química mediante la fotosíntesis. Los humanos utilizamos esta energía regularmente quemando madera o combustibles fósiles, o simplemente al consumir plantas. Imaginemos si encontráramos una manera de aprovechar esta energía, excluyendo las plantas y los combustibles fósiles.

Una preocupación reciente es el oscurecimiento global, un efecto de la contaminación que permite que menos luz solar llegue a la superficie terrestre. Está estrechamente relacionado con las partículas contaminantes y el calentamiento global, y es un motivo de preocupación principalmente por los problemas del cambio climático global, pero también preocupa a los defensores de la energía solar debido a la disminución actual y potencial de la energía solar disponible en el futuro. (Entre 1961 y 1990, la energía solar disponible a nivel del mar disminuyó aproximadamente un 4 %, principalmente debido al aumento de la reflexión de las nubes hacia el espacio. ^{[ 6 ]}

Nota: el contenido de Wikipedia se aplica únicamente a esta sección.

Tipos

De Tipos de sistemas de agua caliente solar

Los sistemas solares de agua caliente están diseñados para transferir la energía solar al agua . Encontrar el sistema solar de agua caliente más eficiente y eficaz para una situación determinada puede ser una tarea difícil. Hay varios factores clave que deben considerarse al elegir la configuración del sistema más adecuada. Estos factores incluyen, en gran medida, la cantidad de radiación solar, el clima, los costos de construcción, instalación y materiales, la ubicación y accesibilidad del sistema, la cantidad de agua que se necesita calentar, la frecuencia de uso del agua caliente, la disponibilidad de electricidad, la disponibilidad de materiales y el nivel de experiencia en construcción.

Las siguientes clasificaciones de sistemas se dividen en tres grupos de dos y un grupo de un sistema único. Estos cuatro grupos principales son:

1. Lazo abierto vs lazo cerrado .
2. Activo vs Pasivo .
3. Utiliza un intercambiador de calor vs. No utiliza un intercambiador de calor .
4. Sistema por lotes .

Cualquier sistema utiliza una característica de cada grupo. Por ejemplo, un sistema puede ser un sistema activo de circuito abierto que no utiliza intercambiador de calor. Otro ejemplo: un sistema pasivo de circuito cerrado que sí utiliza intercambiador de calor. Algunos sistemas son mucho más fáciles de construir que otros, y quienes tienen conocimientos básicos de herramientas y construcción pueden crear fácilmente un sistema funcional. Si se desea crear un sistema propio, esta variabilidad en la complejidad influirá en el tipo de sistema elegido.

El costo es otro factor, y cada configuración de sistema conlleva diversos costos y beneficios. Los costos de un sistema específico pueden variar considerablemente de un país a otro y de una región a otra. Ciertas configuraciones que utilizan ciertos tipos de equipos son más eficientes que otras en situaciones específicas. La siguiente información ofrece un análisis detallado de estas diversas formas de construir colectores solares de agua caliente.

Al final de esta página también se muestran diferentes tipos de colectores , así como ejemplos de diferentes sistemas comunes de agua caliente solar.

Esta página describe los diversos sistemas que se utilizan para calentar agua con energía solar. Para una descripción más general del agua caliente solar, visite la página de Agua caliente solar .

de sistemas simples

Una ducha solar muy sencilla, eficaz en regiones soleadas, utiliza una bolsa negra llena de agua colgada bajo la luz solar directa.

Se puede idear un sistema muy sencillo: hacer correr agua por una manguera o tubería expuesta al sol y conectarla a un recipiente de almacenamiento mediante un termosifón . ​​Un termosifón hace que el agua caliente desplace el agua más fría que se encuentra por encima, y ​​mientras el agua caliente pueda seguir ascendiendo, lo hará. La tubería o manguera no puede tener aire, ya que esto detendría el movimiento. También debe haber una elevación mínima de 1,2 m (~4 pies) desde la manguera hasta el recipiente de almacenamiento. Se puede instalar un circuito para circular el agua del recipiente a la manguera y viceversa, lo que continúa el proceso de calentamiento. El agua fría se extrae del fondo, circula por la manguera y regresa cerca de la parte superior del recipiente. Siempre que el sifón no esté roto (no haya aire), se puede extraer o drenar el agua del recipiente para su uso. Este es un sistema simple de circuito abierto, lo que significa que el agua entra y sale del sistema para su uso.

Otro tipo se denomina calentador de agua por lotes , ya que calienta un volumen de agua mediante un termosifón, pero utiliza un colector solar incorporado para absorber la energía solar. Su limitación es que el tanque se encuentra encima del colector, que se encuentra en el tejado o en una zona expuesta al sol, por lo que el agua caliente debe canalizarse hasta el punto de consumo, lo que genera pérdidas de calor. También se ha propuesto un sistema especial de calentamiento solar de agua comunitario que utiliza un calentador de agua por lotes.

Sistemas más sofisticados

Existen sistemas más sofisticados; algunos aún emplean un sistema de circuito abierto (conectando un calentador de agua existente u otro recipiente). Un colector solar, expuesto a la luz solar, con una bomba y una fuente de energía, funciona para complementar o reemplazar el calentador de agua existente. El agua circula desde el tanque del calentador hasta el colector expuesto y de regreso al tanque, donde continúa recirculando y calentándola. En este sistema se puede utilizar una bomba de circulación de bajo volumen alimentada por energía fotovoltaica , lo que evita la necesidad de energía eléctrica externa. Cuanto más eficiente sea el colector y menor el volumen del tanque, más rápido se calentará el agua. Cuanto más tiempo funcione, más caliente se calentará el agua hasta que la pérdida de calor la estabilice. Este sistema de circuito abierto funciona muy bien en climas donde las temperaturas bajo cero son escasas o inexistentes. También puede funcionar en climas más fríos utilizando un sistema con desagües para vaciar el agua de la parte del sistema sujeta a congelación. Los desagües pueden operarse manualmente o controlarse automáticamente mediante termostato. Este tipo de sistema se puede utilizar ampliamente para ayudar o sustituir a los calentadores de agua convencionales existentes.

Los sistemas de circuito cerrado son más adecuados en climas con temperaturas gélidas y bajas, pero son más sofisticados y, por lo tanto, más costosos. En el sistema de circuito cerrado, un refrigerante, generalmente propilenglicol, circula a través del colector y luego a un intercambiador de calor, donde el calor absorbido se transfiere del refrigerante al agua. El propilenglicol permanece líquido a temperaturas mucho más bajas y continuará absorbiendo calor y transfiriéndolo al agua. El propilenglicol también permanece en el sistema, de ahí el nombre de "circuito cerrado". El intercambiador de calor puede ser externo a un tanque de calentador de agua existente o reemplazarlo. En este sistema también se puede utilizar una bomba de circulación de bajo volumen alimentada por energía fotovoltaica.

Estos sistemas y tecnologías asociadas se ordenan básicamente por costo, sofisticación y consumo energético. Los sistemas simples son, sin duda, tecnologías apropiadas y podrían utilizarse con una inversión mínima y, con la orientación adecuada, prácticamente en cualquier cultura, independientemente de su sofisticación percibida. Los sistemas de circuito abierto pueden utilizarse en sociedades en desarrollo, tanto en su construcción original como en su modernización, y, al igual que con los sistemas simples, los tipos de instalación pueden reducir considerablemente los costos energéticos y las emisiones de GEI, y permitir una mayor atención a otras necesidades. Los sistemas de circuito cerrado son más caros y, por lo tanto, están más restringidos a las culturas más ricas, pero sus beneficios son similares a los de los demás. Según el consumo de energía per cápita, los sistemas más caros probablemente puedan reducir más el consumo de combustibles fósiles que los demás.

Los tubos de vacío modernos de producción en masa ^W captan calor incluso por debajo del punto de congelación. Los tubos en sí son más adecuados para la producción en masa, pero el resto del sistema ofrece mayor flexibilidad en su fabricación. Los tubos de vacío utilizan un espacio sellado al vacío para separar el tubo colector de los elementos externos. Cuando la radiación solar es absorbida por estos colectores y convertida en calor, la barrera de vacío impide que la mayor parte de esta energía se escape. En esencia, este método funciona de forma similar a un termo. La capacidad de contener la radiación solar captada y, al mismo tiempo, evitar su pérdida al exterior es lo que permite a los sistemas de tubos de vacío calentar agua continuamente, incluso si la temperatura exterior del sistema es gélida.

Solar hot water pools

De piscinas de agua caliente solar

La energía solar impulsa y sustenta la vida en la Tierra. ¿Por qué no puede calentar tu piscina?

Piscinas... se te eriza la piel de ganas de zambullirte en agua fresca y cristalina en esos días de verano tan sofocantes. Ese preciso instante de contacto hace que valga la pena limpiar y cuidar tu piscina, ¿verdad? Ojalá los días abrasadores se prolongaran para que pudieras relajarte un poco más en tu paraíso tropical. Por desgracia, las estaciones no te hacen caso, e inevitablemente el otoño, el invierno y la primavera atacan tu preciada piscina, enfriándola hasta los huesos, dejándola completamente inservible. Gran parte del año tu piscina permanece sin uso ni cuidado, como un perro que espera con ansias el regreso de su dueño, como un bulbo de narciso inactivo esperando a que se derrita la nieve, como un... Tan seguro como que no fuimos enviados a la Tierra para sufrir, seguro que todos podemos conseguir lo que queremos. Y si para ti eso incluye una piscina climatizada sin los gastos económicos y ambientales de los combustibles fósiles, entonces bienvenido al vasto mundo de los sistemas solares de agua caliente .

Proyectos relacionados

Referencias

See also

• Puesta a punto ecológica de sistemas de calefacción : además de calentar agua para usarla tal cual, también se puede utilizar para hacerla circular por radiadores, creando así un sistema de calefacción (véase también: Sistema de bomba de calor#Instalación práctica de un sistema de bomba de calor en una casa )
• Colectores solares térmicos de bricolaje

External links

• Wikipedia:Energía solar

Tesis de texto completo

• Análisis experimental de una bomba de calor solar indirecta para calentar agua doméstica por BRIDGEMAN, AG
• Evaluación de un sistema de almacenamiento térmico estratificado de múltiples tanques para aplicaciones de calefacción solar por Cruickshank, C.
• Plantas centrales de calefacción solar con almacenamiento estacional para aplicaciones residenciales en Canadá: un estudio de caso de la comunidad solar de Drake Landing por Wamboldt, J.