El agua caliente solar describe tecnologías solares activas y pasivas que utilizan la abundante energía solar térmica para calentar agua para una aplicación deseada.
Es una de las formas más eficientes de calentar agua (en términos de energía/residuos), ya que no requiere conversión de energía, a diferencia de la calefacción por resistencia eléctrica o la quema de combustible. Se trata de una simple transferencia y concentración de energía térmica de un lugar a otro. ( Ver Wikipedia: Transferencia de calor ) . Otro ejemplo de la eficiencia de esta tecnología es que funciona con energía solar, que es gratuita y solo depende de la tecnología utilizada, su costo y eficiencia. En otras palabras, la energía es gratuita, sólo los dispositivos de recolección, conversión y almacenamiento contribuyen al costo del sistema. Dicho esto, la principal desventaja de la energía solar térmica es que sólo está disponible dondequiera que el Sol sea visible.
Si alguna vez ha sentido agua caliente saliendo de una manguera de jardín que ha estado expuesta al sol, ha experimentado el agua caliente solar en acción.
Básicamente, un sistema solar de agua caliente se compone de un colector solar térmico , un contenedor de almacenamiento bien aislado y un sistema para transferir el calor del colector al contenedor frente a un medio fluido, que en algunos casos es el agua misma.
Contenido
Aplicaciones
Dado que existen innumerables aplicaciones que utilizan agua caliente doméstica, comercial e industrial en todo el mundo, existen oportunidades para aplicar tecnologías solares térmicas para calentar esta agua.
Hoy en día, el mercado está cambiando y los costos económicos y 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 solar de agua caliente.
Fondo
El agua caliente solar no es un fenómeno nuevo. Fue ampliamente utilizado en los Estados Unidos hasta aproximadamente la década de 1920, cuando fue desplazado por sistemas confiables de combustibles fósiles.
Algunos consideran que el agua caliente tiene poca aplicación en el campo de la tecnología apropiada y que es principalmente un lujo que se ofrece en el mundo desarrollado. Un texto [ se necesita verificación ] sobre el tema sugiere que el agua caliente que se necesita en el "Tercer Mundo" se puede calentar con un combustible como la madera, que calienta simultáneamente la casa y el agua. Estos despidos son peligrosos por dos razones:
- En primer lugar, la tecnología apropiada tiene como objetivo 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 que no está disponible en muchos países empobrecidos. Mientras que el sol está presente en todas partes y enviará energía independientemente de si la usamos. Muchas mujeres y niños en países del tercer mundo mueren de enfermedades pulmonares causadas por una ventilación incorrecta y el exceso de humo de los fuegos de cocina; en realidad, tiende a ser la principal causa de muerte por encima del sida y el hambre.
- En segundo lugar, es imperativo que donde haya necesidad de agua caliente, haya una manera de obtenerla de manera rentable y dentro de los parámetros establecidos por los recursos locales. Esta tecnología, si se difunde, podría causar una reducción significativa en el tamaño de la huella ecológica de una región asociada con los medios convencionales de calentar agua .
Energia del sol
Mapa A y B Insolación media anual teórica, en la parte superior de la atmósfera terrestre (arriba) y en la superficie sobre un metro cuadrado horizontal.
Mapa C Mapa de los recursos mundiales de energía solar. Los colores muestran la energía solar promedio disponible en la superficie (medida entre 1991 y 1993). A modo de comparación, los discos oscuros representan la superficie de terreno necesaria para satisfacer la demanda total de energía primaria utilizando energía fotovoltaica con una eficiencia de conversión del 8%.La radiación solar llega a la atmósfera superior de la Tierra a razón de 1366 vatios por metro cuadrado (W/m 2 ). [1] El mapa A muestra cómo varía la energía solar en diferentes latitudes.
Mientras viaja a través de la atmósfera, el 6% de la radiación solar entrante (insolación) se refleja y el 16% se absorbe, lo que da como resultado una irradiancia máxima en el ecuador de 1.020 W/m². Las condiciones atmosféricas medias (nubes, polvo, contaminantes) reducen aún más la insolación en un 20% por reflexión y un 3% por absorción. Las condiciones atmosféricas no sólo reducen la cantidad de insolación que llega a la superficie de la Tierra 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 todo un año (incluyendo noches y períodos de tiempo nublado) se encuentra entre 125 y 375 W/m². (3 a 9 kWh/m²/día). [3] Esto representa la potencia disponible y no la potencia entregada. En la actualidad, 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 contiguos produce en promedio de 19 a 56 W/m² o 0,45 - 1,35 kWh/m²/día. [4]
Los discos oscuros en el Mapa C a la derecha son un ejemplo de las áreas terrestres que, si estuvieran cubiertas con paneles solares con una eficiencia del 8%, producirían ligeramente más energía en forma de electricidad que el suministro mundial total de energía primaria en 2003. [5 ] Si bien la insolación y la energía promedio ofrecen una idea del potencial de la energía solar a escala regional, las condiciones locales relevantes son de primordial importancia para el potencial de un sitio específico.
Después de atravesar la atmósfera terrestre, la mayor parte de la energía del sol se encuentra en forma de radiación visible e infrarroja. Las plantas utilizan la energía solar para crear energía química a través de la fotosíntesis. Los humanos utilizan regularmente esta energía quemando madera o combustibles fósiles, o simplemente comiendo plantas, imagínese si encontráramos una manera de aprovechar esta energía dejando a las plantas y los combustibles fósiles fuera de la ecuación.
Una preocupación reciente es el oscurecimiento global, un efecto de la contaminación que está permitiendo que llegue menos luz solar a la superficie de la Tierra. Está estrechamente relacionado con las partículas contaminantes y el calentamiento global, y es motivo de preocupación principalmente por cuestiones de cambio climático global, pero también preocupa a los defensores de la energía solar debido a las disminuciones existentes y potenciales futuras en la energía solar disponible. (Aproximadamente un 4% menos de energía solar está disponible al nivel del mar durante el período 1961-90), 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
Sistema Pasivo de Lazo Cerrado en Parras de la Fuente, Coahuila MéxicoLos sistemas solares de agua caliente están diseñados para transferir la energía solar del sol al agua . Encontrar el sistema solar de agua caliente más eficiente y eficaz para una situación determinada puede ser una tarea desafiante. Hay una serie de factores clave que deben considerarse al elegir la configuración del sistema más adecuada. Estos factores incluyen, en gran medida, la cantidad de insolación solar, el clima, los costos de construcción, instalación y materiales, la ubicación y accesibilidad del sistema, la cantidad de agua que necesita calefacción, la frecuencia del uso de agua caliente, la disponibilidad de electricidad, la disponibilidad de materiales, y nivel de habilidad en la construcción.
Las siguientes clasificaciones de sistemas se encuentran en tres grupos de dos y un grupo de un único sistema. Estos cuatro grupos principales son:
- Bucle abierto vs bucle cerrado .
- Activo vs Pasivo .
- Utiliza un intercambiador de calor vs No utiliza un intercambiador de calor .
- 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 un intercambiador de calor. U otro ejemplo, un sistema puede ser un sistema pasivo de circuito cerrado que utiliza un intercambiador de calor. Algunos sistemas son mucho más fáciles de fabricar que otros y las personas con conocimientos básicos de herramientas y construcción pueden crear fácilmente un sistema funcional. Si uno desea crear su propio sistema, esta variabilidad en la complejidad influiría en el tipo de sistema elegido.
El costo es otro factor y cada configuración del sistema viene con una variedad de costos y beneficios diferentes. Los costos de cualquier sistema específico pueden variar ampliamente 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 una mirada en profundidad a 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 solares de agua caliente comunes.
Esta página describe los diversos sistemas que se utilizan para calentar agua con el sol. Para obtener una descripción más general del agua caliente solar, visite la página de agua caliente solar .
Sistemas simples
Una ducha solar muy sencilla, eficaz en regiones soleadas, utiliza una bolsa negra llena de agua colgada a la luz solar directa.
Se puede idear un "sistema" muy simple haciendo correr agua a través de alguna manguera o tubería expuesta al sol y conectándola a un recipiente de almacenamiento en forma de termosifón . Un termosifón hace que el agua caliente desplace el agua más fría que está encima y, siempre que el agua caliente pueda continuar hacia arriba, lo hará. La tubería/manguera no puede tener aire presente ya que esto detendrá el movimiento. También debe haber una elevación mínima de ~4 pies (1,2 m) desde la manguera hasta el recipiente de almacenamiento. Se puede configurar un circuito para hacer circular agua desde el recipiente a la manguera y viceversa, lo que continúa el proceso de calentamiento. El agua fría se extrae del fondo, se hace circular a través de la manguera y regresa cerca de la parte superior del recipiente. Siempre que el sifón no esté roto (hay aire presente), se puede sumergir o drenar agua del recipiente para su uso. Este es un sistema simple de circuito abierto, lo que significa que el agua ingresa y sale del sistema para su uso.
Un calentador por lotes.Otro tipo puede denominarse calentador discontinuo , ya que calienta un volumen de agua mediante un termosifón, pero utiliza un colector solar construido para absorber la energía solar. Su limitación es que el tanque está encima del colector, que está en el techo o zona expuesta al sol, por lo que el agua caliente debe ser canalizada hasta el punto de uso, lo que cuesta pérdida de calor. También se ha propuesto un sistema especial de calentamiento solar de agua comunitario mediante un calentador por lotes.
Sistemas más sofisticados
Existen sistemas más sofisticados, algunos todavía emplean un sistema de circuito abierto (conectándose a un calentador de agua existente o algún otro recipiente). Un colector solar a la luz del sol con una bomba y una fuente de energía funciona para ayudar o reemplazar el aparato de calentamiento de agua existente. El agua circula desde el tanque del calentador de agua hasta el colector expuesto y de regreso al tanque, y este continuará recirculando el agua y calentándola. En este sistema se puede utilizar una bomba de circulación de bajo volumen alimentada por energía fotovoltaica , evitando la necesidad de energía eléctrica externa. Cuanto más eficiente sea, más grande sea el colector y menor sea el volumen de almacenamiento del tanque, más rápido se calentará el agua. Cuanto más tiempo funcione, más caliente estará el agua, hasta que la pérdida de calor nivele la temperatura del agua. Este sistema de circuito abierto funciona muy bien en climas donde las temperaturas bajo cero están ausentes o son raras. Pueden funcionar en climas más fríos utilizando un sistema con drenajes para vaciar el agua de la parte del sistema sujeta a congelación. Los drenajes pueden operarse manualmente o controlarse termostáticamente automáticamente. Este tipo de sistema puede usarse ampliamente para ayudar o reemplazar los calentadores de agua convencionales existentes.
Los sistemas de circuito cerrado son mejores en climas que se congelan y alcanzan temperaturas más bajas, pero son más sofisticados y, por tanto, más caros. 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 es externo al tanque de un calentador de agua existente o reemplaza el tanque existente. En este sistema también se puede utilizar una bomba de circulación de bajo volumen alimentada por energía fotovoltaica.
Estos sistemas y tecnologías asociadas se organizan básicamente en orden de costo, sofisticación y energía. Los sistemas simples son ciertamente " tecnologías apropiadas " y podrían usarse con una inversión mínima y, con orientación, pueden ser utilizados por prácticamente cualquier cultura, independientemente de la sofisticación percibida. Los sistemas de circuito abierto se pueden utilizar en sociedades en desarrollo en construcción original o modernizados, y al igual que con los sistemas simples, los tipos de instalación pueden reducir en gran medida los costos de energía y los GEI y permitir un mayor enfoque en otras necesidades. Los sistemas de circuito cerrado son más caros y, por tanto, más restringidos a las culturas más ricas, pero sus beneficios son similares a los de los demás. Según el uso de energía per cápita, los sistemas más caros probablemente puedan reducir más el uso de combustibles fósiles que los demás.
Colector de tubos de vacío en una casa de hojalataLos modernos tubos de vacío W producidos en masa recogen el calor incluso por debajo del punto de congelación. Los tubos en sí son los más adecuados para la producción en masa, pero el resto del sistema es más flexible en su fabricación. Los tubos de vacío utilizan un espacio sellado al vacío para separar el tubo colector de los elementos exteriores. Cuando estos colectores absorben la radiación solar y la convierten en calor, la barrera de vacío evita que la mayor parte de esta energía se escape. Básicamente, este método funciona de manera similar a un termo. La capacidad de contener la radiación solar capturada y al mismo tiempo evitar la pérdida al ambiente exterior es lo que permite que los sistemas de tubos de vacío calienten agua continuamente, incluso si la temperatura exterior del sistema es gélida.
Piscinas solares de agua caliente
¡Aaaannnd ACCIÓN! Efectos tangibles de la energía del sol.Piscinas... tu piel hormiguea ante la idea de sumergirte en agua clara y fresca en esos ridículamente calurosos días de verano. Este preciso momento de contacto hace que valga la pena toda la molestia de limpiar y cuidar tu piscina, ¿no es así? Ahora, si tan solo los días abrasadores se prolongaran más para que pudieras descansar un poco más en el paraíso tropical de tu patio trasero. Por desgracia, las estaciones no te escuchan e inevitablemente el otoño, el invierno y la primavera atacan tu preciosa piscina, enfriándola hasta sus huesos y dejándola completamente inservible para ti. Gran parte del año su piscina permanece, sin uso y sin amor, como un perro que espera ansiosamente el regreso de su dueño, como un bulbo de narciso inactivo esperando que la nieve se derrita, como un... Tan seguro como que no fuimos enviados aquí para Tierra para sufrir, seguramente todos podemos conseguir lo que queremos. Y si para usted eso incluye una piscina climatizada sin los gastos financieros y ambientales de los combustibles fósiles, entonces bienvenido al amplio mundo de los sistemas solares de agua caliente .
Proyectos relacionados
Referencias
- ^ Espectros solares: Centro de datos de recursos renovables NREL estándar de masa de aire cero
- ^ Presupuesto de radiación terrestre Centro de investigación Langley de la NASA
- ^ Solar Maps NREL: mapas dinámicos, datos GIS y herramientas de análisis
- ^ us_pv_annual_may2004.jpg Laboratorio Nacional de Energías Renovables, EE. UU.
- ^ Página de inicio Agencia Internacional de Energía
- ^ Liepert, BG (2 de mayo de 2002) Reducciones observadas en la radiación solar superficial en los Estados Unidos y en todo el mundo desde 1961 hasta 1990 CARTAS DE INVESTIGACIÓN GEOFÍSICA, VOL. 29, núm. 10, 1421
Ver también
- Ajuste ecológico de los sistemas de calefacción de espacios : además de calentar agua para usarla tal como está, también se puede usar para hacerla circular a través de radiadores, en efecto, para crear un sistema de calefacción de espacios (ver también: Sistema de bomba de calor#Instalación de un sistema de bomba de calor en una casa en la práctica )
- Colectores solares térmicos de bricolaje
enlaces externos
Tesis de texto completo
- Análisis experimental de una bomba de calor asistida por energía solar indirecta para calentar agua sanitaria por BRIDGEMAN, AG
- Evaluación de un almacenamiento térmico estratificado de tanques múltiples para aplicaciones de calefacción solar por Cruickshank, C.
- Plantas de calefacción solar central con almacenamiento estacional para aplicaciones residenciales en Canadá: un estudio de caso de la comunidad solar Drake Landing por Wamboldt, J.
![[4]](#cite_note-us_pv_annual_may2004.jpg-4){kind=link}
