Los sistemas de agua caliente solar están diseñados para transferir la energía solar al agua . Encontrar el sistema de agua caliente solar más eficiente y eficaz para una situación determinada puede ser una tarea difícil. Hay una serie de factores clave que deben tenerse en cuenta 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 la 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 habilidad en la 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:
- Lazo abierto vs Lazo cerrado .
- Activo vs Pasivo .
- Utiliza un intercambiador de calor vs. No utiliza un intercambiador de calor .
- Sistema por lotes .
Cualquier sistema dado 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. Otro ejemplo: un sistema puede ser un sistema pasivo de circuito cerrado que sí 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 fabricar su propio sistema, esta variabilidad en la complejidad influirá en el tipo de sistema elegido.
El costo es otro factor y cada configuración de sistema tiene 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 comunes de agua caliente solar.
En esta página se describen los distintos sistemas que se utilizan para calentar agua con el sol. Para obtener una descripción más general del agua caliente solar, visite la páginaAgua caliente solar .
Contenido
Sistemas de circuito abierto
Un circuito abierto significa que el agua que se necesita calentar fluye directamente a través del colector solar de agua caliente. No hay fluido intermediario. Consulte el encabezado Circuito cerrado a continuación para conocer la única excepción a esta definición, en la que el agua en un sistema de circuito cerrado fluye directamente a través del colector solar. Los sistemas de circuito abierto no utilizan intercambiadores de calor.
Ventajas
Los sistemas de circuito abierto son los más sencillos de diseñar y construir. Por lo general, requieren la menor cantidad de construcción y tienen el potencial de durar más tiempo sin un mantenimiento serio debido a su cantidad limitada de piezas móviles.
Desventajas
Los sistemas de circuito abierto no son ideales en áreas donde las temperaturas pueden descender por debajo del punto de congelación. Las tuberías pueden congelarse y hacer que el agua líquida se expanda y se convierta en hielo, lo que romperá las tuberías. Antes de que se alcancen temperaturas de congelación, se debe drenar el sistema para preservar las tuberías. En áreas donde las temperaturas descienden por debajo del punto de congelación, se recomienda utilizar un sistema de circuito cerrado con un intercambiador de calor o implementar una o más técnicas para evitar la congelación de las tuberías. Las medidas preventivas pueden adoptar la forma de drenajes del sistema, ya sea manuales o controlados por termostato, o una bomba que empuje agua calentada de manera convencional a través del sistema durante el clima frío. El sistema también puede diseñarse de modo que el agua se drene del colector por gravedad cuando la bomba de circulación no esté funcionando.
Sistemas de circuito cerrado
Los sistemas de circuito cerrado son más complejos de fabricar e implementar que los de circuito abierto, ya que se pueden utilizar en una variedad más amplia de climas. Un sistema de circuito cerrado utiliza algún tipo de líquido que tiene un punto de congelación mucho más bajo que el agua, pero que absorbe y libera fácilmente el calor. El anticongelante que se utiliza en los radiadores de los automóviles es un buen ejemplo. Este fluido pasa a través del colector solar, se calienta y se mueve hacia algún tipo de intercambiador de calor. Consulte los sistemas de intercambiador de calor a continuación. Debido a la naturaleza de los sistemas de circuito cerrado, se necesitan intercambiadores de calor para transferir el calor del colector al agua. Los sistemas de circuito cerrado también se pueden utilizar en aplicaciones de suelo radiante o radiadores de pared para calentar un área en lugar de agua.
Ventajas
A diferencia de la mayoría de los sistemas de circuito abierto, los sistemas de circuito cerrado se pueden utilizar en regiones donde las temperaturas son inferiores al punto de congelación. Debido a las propiedades únicas del agua, las tuberías pueden reventar cuando el agua se congela. Esto se evita utilizando un fluido que tiene un punto de congelación mucho más bajo que el agua.
Desventajas
Los sistemas de circuito cerrado requieren el uso de un intercambiador de calor. Esto añade ineficiencias al sistema que deben tenerse en cuenta durante la etapa de diseño y dimensionamiento del sistema. Los materiales adicionales para el intercambiador de calor también pueden aumentar el costo del sistema.
Sistemas activos
Los sistemas activos son aquellos que requieren de energía externa para funcionar. Generalmente esta energía viene en forma de una bomba eléctrica que impulsa el fluido a través del colector. No es raro encontrar bombas alimentadas por energía solar como aporte externo. El bombeo solar es apropiado en muchas circunstancias debido a que el agua solo se calienta y, por lo tanto, solo necesita ser bombeada cuando brilla el sol.
Ventajas
Debido a la naturaleza de la hidrología y la termodinámica, el bombeo de agua a través de los colectores reemplaza la necesidad de almacenar el agua calentada por encima de los colectores, lo que puede ser un desafío y restringir el diseño (consulte Sistemas pasivos para obtener más explicaciones).
Desventajas
El uso de una bomba requiere tanto la compra de una bomba como la necesidad de una fuente de energía, probablemente electricidad , para alimentar la bomba.
Sistemas pasivos
También conocidos como sistemas de termosifón, los sistemas solares pasivos son aquellos que no utilizan una fuente de energía externa. El término energía solar pasiva se aplica a mucho más que el agua caliente solar. Por ejemplo, pintar una piscina de negro para absorber más energía o poner ventanas en el lado sur de una casa (en el hemisferio norte) para dejar entrar más energía solar se consideran sistemas solares pasivos.
Un calentador de agua solar pasivo debe tener en cuenta la física que rodea a la hidrología y la termodinámica. Este tipo de sistema utiliza un termosifón. Un termosifón utiliza la energía del sol para mover el agua u otro fluido colector en dirección vertical. Esto ocurre cuando un líquido tiene una temperatura variable y, por lo tanto, diferencias de densidad. Debido a que el agua más caliente siempre se moverá hacia arriba, desplazando así el agua más fría hacia abajo, el tanque de almacenamiento de agua caliente o intercambiador de calor debe estar por encima del colector solar.
Ventajas
No se necesita energía externa para mover el líquido a través del sistema. Menos piezas móviles significan menos cosas que se pueden romper.
Desventajas
Si se utiliza un tanque de agua caliente o un intercambiador de calor, debe colocarse sobre el colector solar para que fluya el termosifón. Esto puede causar problemas, ya que la mayoría de los sistemas solares se encuentran en los techos de las casas. Actualmente, existen muchas opciones de diseño que facilitan el almacenamiento de agua caliente sobre el sistema.
Sistemas de intercambiadores de calor
Los intercambiadores de calor se utilizan en regiones donde las temperaturas son inferiores al punto de congelación. Los intercambiadores de calor están integrados en un sistema de circuito cerrado y transfieren el calor acumulado en el colector al suministro de agua caliente de la casa. Existen varios diseños de intercambiadores de calor.
Un diseño común consiste en complementar un calentador de agua convencional transfiriendo el calor del fluido del colector solar al tanque de agua caliente. Los tubos de cobre son un buen material para transferir fácilmente la energía térmica de un líquido.
Another common style of heat exchanger uses a barrel with two lines of copper paralleling each other. One tube comes from the solar collector, enters the barrel at the top, spirals around the edge of the barrel, comes out of the barrel at the bottom, and completes the closed loop by returning to the solar collector. The other tube that parallels the first is the household hot water supply. It enters the barrel at the bottom, parallels the collector tubing to the top of the barrel, and exits the barrel at the top, with hot water. The heat is transfered from the hot fluid from the collector, through the copper tubing, and into the household water. The barrel can be insulated on the outside to increase efficiency of transfer.
There are a number of different fluids that can be used in the closed loop system. The following are the more widely used and readily available liquids: glycol/water mixtures, hydrocarbon oils, refrigerants/automotive antifreeze, and silicones. Each of these have benefits and disadvantages. Refer to this EERE reference link to find out more.[1]
Advantages
Heat exchangers are used for a couple main reasons: to protect the system against freezing, and as one option to supplement another source of water heating.
Disadvantages
Heat Exchangers add complexity to a hot water system. There are more aspects of a system that must be designed and planned for when using a Heat Exchanger. There is also a greater chance of things breaking or not functioning properly due to the added components. Caution must also be taken to insure that the collector fluid is either non toxic, or that there is very little chance of the collector fluid contaminating the potable water supply should there be ruptures in the closed loop system.
Non-heat exchanger systems
These are systems where the potable water to be heated flows directly through the solar collector. This type of system is an Open Loop system.
Advantages
See Open Loop System
Disadvantages
See Open Loop System
Batch systems
Also known as Breadbox, or Integral Collector-Storage (ICS) Systems, these include one or more black tanks or tubes in an insulated, glazed box. It could even be as simple as painting a tank black, putting it in a crate, insulating it on all sides except the one that is pointing at the sun, and covering that sun exposed side with glass or plastic. As the sun warms the water it expands and becomes less dense, encouraging the hot water to flow to the top of the collector. From there it is drawn out into the house as needed or into an auxiliary tank for storage. These work best in areas where freezing temperatures are rare. Despite their climate restrictions they work relatively well; in colder climates they can be used seasonally and drained before harsh winter months.
Collectors
Unglazed
Glazed
Tubo de vacío
Colector de lotes
Véase http://commons.wikimedia.org/wiki/File:BatchSolarHeater.JPG
Ejemplos
Sistema de circuito cerrado activo
Sistema de circuito abierto activo
Sistema pasivo de circuito cerrado
Sistema pasivo de circuito abierto
Referencias
- ↑ Departamento de Energía de EE. UU. Guía del consumidor de EERE: Fluidos de transferencia de calor para sistemas de calentamiento solar de agua. http://www.eere.energy.gov/consumer/your_home/water_heating/index.cfm/mytopic=12940
http://www.builditsolar.com/Projects/WaterHeating/ISPWH/IPSWH.pdf Descargue el libro "El calentador de agua solar pasivo integral" de David Bainbridge
