La energía solar térmica funciona mediante el aprovechamiento de la energía del sol para obtener calor gracias a los captadores solares que incluyen en su interior circuito hidráulico sellado que permiten que se caliente el agua o el fluido que circula por las tuberías de su interior. El calor recogido en este líquido se tranferirá mediante un intercambiador de calor, al agua que será utilizada para uso doméstico como agua caliente sanitaria (ACS) o para uso con calefacción con radiadores o por suelo radiante. La energía solar térmica permite ahorrar en electricidad haciendo un buen uso del agua caliente de los captadores en el hogar.

¿Cómo es el funcionamiento de la energía solar térmica?

La energía solar térmica funciona mediante el aprovechamiento de la energía que emite el sol para producir calor y transmitirlo a un medio acuoso para su uso posterior en diversas aplicaciones como el calentamiento del agua de una vivienda, la calefacción, o en procesos industriales. La energía solar térmica se diferencia de la fotovoltaica, ya que se obtiene energía en forma de calor en lugar de electricidad. Las dos tecnologías se aprovechan de diferentes niveles de ondas de radiación para generar calor o electricidad.
El funcionamiento de la energía solar térmica es sencillo y muy eficiente, ya que utiliza colectores solares formados por un circuito hidráulico en su interior, los cuales, están fabricados y diseñados para que el fluido dentro de las tuberías se caliente al ser expuesto a la luz solar, entonces este recoja el calor procedente del sol y lo absorba para transmitirlo mediante el intercambiador de calor al agua o fluido que se va a utilizar para agua caliente sanitaria o calefacción como usos más comunes. El intercambiador de calor permite que se transfiera el calor de un fluido a otro sin que estos se mezclen, manteniéndose los dos circuitos independientes.

 

Tipos de captadores solares térmicos y su funcionamiento

Existen varios tipos de colectores solares, siendo los más utilizados y más eficientes los captadores planos y los tubos de vacío. Vamos a explicar cómo funcionan cada uno:

Captadores solares planos

Los captadores o colectores planos son básicamente cajas aisladas con una cubierta transparente y un fondo oscuro, donde se colocan tubos por los cuales circula un fluido o bien directamente el agua que se quiera calentar. Su funcionamiento se produce cuando la radiación solar pasa a través de la cubierta de cristal transparente y penetra en el interior del colector, donde es absorbida por las placas oscuras y convertida en calor. Este calor se transfiere al fluido que circula por los tubos.

Captadores de tubos de vacío

Los colectores de tubos de vacío, por otro lado, consisten en una serie de tubos cilíndricos de vidrio, dentro de los cuales se encuentran unos tubos los cuales están rodeados por un vacío que actúa como aislante térmico, reduciendo significativamente la pérdida de calor. Su funcionamiento se produce cuando el fluido que se encuentra dentro de estos tubos absorbe el calor llegando a temperaturas más altas que cualquier otro tipo de captador solar gracias a tener como aislante el vacío. Su rendimiento destaca sobre todo en invierno, cuando tienen su mayor grado de eficiencia en su funcionamiento, especialmente en días fríos y en ubicaciones con temperaturas bajas, ya que el vacío reduce la pérdida de calor.

Una vez que el fluido se haya calentado, tanto en un captador plano como en un captador de tubos de vacío, este se transportará a través de un sistema cerrado de tuberías de cobre hacía un intercambiador de calor, donde su energía térmica se transfiere al agua u otro fluido. Este fluido calentado se puede almacenar en tanques aislados, como, por ejemplo, en un termo, para su uso posterior o utilizarse directamente en sistemas de calefacción de espacios. Donde el agua caliente puede circular por radiadores de agua o por sistemas de calefacción de suelo radiante. También se puede utilizar en piscinas, en las cuales el agua calentada se introduce directamente a la piscina realizándose un ciclo de entrega y recogida de agua que permite que suba su temperatura.

Gracias a los acumuladores solares,  se podrá acumular la energía generada con los captadores solares y usarla en aquellas circunstancias no propicias, por ejemplo,  hacer frente a la demanda energética incluso cuando no haya suficiente radiación solar. Es una forma de aprovechar al máximo la energía, ya que no siempre se consumirá el agua caliente cuando se está captando la energía del sol durante el día.

 

¿Cómo optimizar el funcionamiento de la energía solar térmica?

Para optimizar el funcionamiento de un equipo de energía solar térmica se pueden realizar diferentes acciones como, por ejemplo, elegir el captador solar más adecuado a la climatología del lugar, colocar en una buena orientación e inclinación los captadores solares, mejorar el aislamiento del circuito de tuberías para reducir las pérdidas de calor, realizar un buen mantenimiento regular, colocar sistemas de control y enseñar buenos hábitos de uso a sus usuarios.

Elegir el captador solar adecuado

La elección del tipo de captador se debe realizar siempre que se pueda, en base a la climatología del lugar de instalación del equipo solar térmico y del grado de temperatura necesarios. Aunque más caros, los captadores de tubo de vacío son mucho más eficientes en climas fríos o para usos que requieran de temperaturas más altas. Por este motivo, se elegirá el captador según el clima de la zona y la temperatura. En caso contrario, se puede realizar una instalación errónea que sea una mala inversión por tener una mala eficiencia de trabajo.

Correcta orientación e inclinación del captador solar

La correcta orientación e inclinación de los captadores solares es crucial para que su rendimiento sea el esperado. Al ser clave la radiación solar para calentar el agua, los captadores deben estar bien orientados al sur geográfico y con un grado de inclinación que permita extraer una cantidad de calor elevada durante todos los días del año. Una mala colocación de los captadores provocará que sea inútil cualquier otra mejora en el sistema solar térmico.

Optimizar el aislamiento

Utilizar materiales aislantes de alta calidad para cubrir todas las tuberías que transportan el fluido térmico desde los colectores hasta el tanque de almacenamiento y hacia los puntos de uso permitirá reducir mucho la pérdida de calor en el trayecto. Por lo que el aislamiento de las tuberías es una buena inversión amortizable rápidamente. También será importante que el aislamiento de los tanques de almacenamiento sean buenos para mantener la temperatura del agua caliente, y que el tamaño del tanque esté bien dimensionado y acorde a las necesidades de consumo.

Mantenimiento periódico

Se aconseja realizar revisiones periódicas para detectar a tiempo y poder reparar cualquier deterioro en el aislamiento existente y que la presión del sistema se mantenga en óptimas condiciones. Así como una limpieza de la superfície de cristal de los captadores solares para eliminar el polvo y la suciedad que puedan bloquear la captación de radiación solar. De esta forma, se evitarán perdidas de rendimiento y de eficiencia en todo el equipo solar térmico.

 

Sistemas de control y automatización

Es buena idea la instalación de controles automáticos para regular la circulación del fluido térmico según la demanda y las condiciones solares. Así como, usar termostatos para mantener la temperatura deseada y evitar el sobre calentamiento innecesario. También es importante monitorear regularmente el rendimiento del sistema y realizar ajustes según sea necesario.

Concienciación de los hábitos a los usuarios

Un factor fundamental será concienciar a los usuarios de la casa acerca de tomar buenos hábitos que permitan aprovechar mejor las ventajas de un equipo solar térmico. Los usos de aplicaciones térmicas durante el día propiciarán que su rendimiento y eficiencia sean mayores y se minimice el uso de otras fuentes de energía. Por ejemplo, realizar las duchas por la tarde o antes de cenar en lugar de realizarlas por la mañana, permitirá aprovechar todo el calor recogido durante el día. Mientras que, si se realiza por la mañana, la temperatura del agua ya habrá bajado y se necesitará de energía eléctrica para llegar a la temperatura deseada. Con lo cual, no será un uso eficiente y se reducirá su rentabilidad.