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REGISTRO OSINERGMIN N° 0002
USO DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA PARA AGUA CALIENTE SANITARIA
(ACS)
Una de las aplicaciones más utilizadas por la Energía Solar Térmica es la producción de Agua
Caliente Sanitaria (ACS), la cual consiste en convertir la radiación solar en calor y comunicarla a un
fluido (en éste caso agua) mediante una serie de dispositivos que se encargarán de modificar la
temperatura del fluido a la temperatura requerida por el consumidor.
Lo más común es emplear sistemas termosolares de circuitos cerrados e independientes (al menos
dos, un circuito primario y otro secundario), donde el agua de consumo no pasa directamente por
los colectores solares, sino que es un fluido caloportador el que circula por el circuito primario
pasando por los captadores solares para ganar energía térmica, y posteriormente, a través de un
intercambiador de calor, ceder el calor al agua de consumo que forma parte de un circuito
secundario e independiente. Por tanto, ambos fluidos, fluido caloportador de trabajo y el agua de
red, nunca se mezclan.
DEFINICIONES
Agua Caliente Sanitaria (ACS): Es agua destinada a consumo humano (potable) que ha sido
calentada. Se utiliza para usos sanitarios (baños, duchas, etc.) y para otros usos de limpieza
(fregado de platos, lavadora, lavavajillas, fregado de suelos). Normalmente el agua procede de la
instalación de agua del edificio.
Energía Solar Térmica: La energía solar térmica o energía termosolar consiste en el
aprovechamiento de la energía del Sol para producir calor que puede aprovecharse para cocinar
alimentos o para la producción de agua caliente destinada al consumo de agua doméstico, ya sea
agua caliente sanitaria, calefacción, o para producción de energía mecánica y, a partir de ella, de
energía eléctrica.
Fluido Caloportador: Es el líquido que circula por los circuitos de los paneles solare térmicos. En
estos sistemas, este fluido se calienta gracias a la energía solar y a través de los tubos entra en la
vivienda para calentarla. Los líquidos más comúnmente utilizados como caloportadores son: agua,
mezcla de agua y anticongelante, combinación de líquidos orgánicos sintéticos, aceites de silicona
Sistema Termosolar: Un sistema termosolar aprovecha de los rayos solares para cumplir una
función energética. En el caso de los calefones solares, permite tener agua caliente para el uso
sanitario. Por lo tanto utiliza una fuente renovable para obtener los mismos resultados que otro
sistema que funciona en base a una energía convencional como la electricidad o los combustibles
fósiles.
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TIPOS DE SISTEMAS
En función del mecanismo de circulación del fluido térmico, la mayoría de los equipos que utilizan
la tecnología termosolar se puede clasificar en dos grandes grupos: Sistemas por termosifón y
Sistemas por circulación forzada.
SISTEMAS POR TERMOFUSIÓN
Los sistemas por termosifón son los sistemas termosolares más conocidos (típicamente se ven
sobre las viviendas unifamiliares que disponen el depósito de acumulación sobre los colectores
solares), ya que es el más económico y de fácil montaje.
En este tipo, el movimiento del fluido de trabajo
por el circuito primario se produce por el principio
de convección natural, donde el fluido al
calentarse a su paso por la placa captadora solar
se dilata aumentando su volumen, y por tanto
disminuye su densidad.
Figura 01. Sistema por termofusión
Al pesar menos, dicho fluido asciende hacia la
parte alta del circuito donde está el acumulador,
mientras que el fluido más frío contenido en el
acumulador, con mayor densidad, se desplaza
hacia la parte baja de la instalación por la tubería
de entrada a los captadores.
Así se genera una circulación natural del fluido,
que se mantiene siempre que exista un gradiente
de temperaturas entre el fluido de los captadores
y el que se encuentra en la parte alta de la
instalación dentro del acumulador.
Y es ahí, dentro del acumulador, donde se produce la transferencia de calor desde el fluido de
trabajo del circuito primario al agua de la red contenida en el depósito acumulador. Para ello se
emplea un intercambiador (serpentín de tubos de cobre) que se encuentra dentro del depósito
acumulador.
Esta agua del acumulador una vez calentada, pasa al circuito interno, en este caso circuito
secundario, para ser consumida en los puntos de consumo de la vivienda (duchas, lavabos,
lavadoras, lavavajillas, etc.).
Este sistema, de flujo natural, hace que los termosifones sean fáciles de instalar (sólo tenemos que
conectarlos a una toma de agua de la red y al circuito de ACS de la vivienda), además de ser muy
económicos, por lo que son los más implantados en nuestras ciudades.
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No obstante, en los sistemas por termosifón la fuerza impulsora del movimiento es pequeña y, por
lo tanto, se debe prestar especial atención al diseño y montaje de la instalación para favorecer
siempre el movimiento natural del fluido.
Para ello, el depósito de acumulación debe colocarse siempre en un nivel superior al de los
colectores solares para permitir la convección natural por diferencia de temperatura.
De hecho, para facilitar en todo lo posible el movimiento del fluido caloportador debe haber una
diferencia suficiente de temperatura entre el fluido que está dentro de los colectores solares y el del
acumulador, además de la mencionada diferencia de altura entre el acumulador y los colectores,
que se recomienda sea mayor de 30 centímetros.
En estos sistemas es difícil controlar la temperatura que pueda alcanzarse en el interior del
acumulador, sobre todo en periodos de máxima radiación solar (en verano durante las horas
centrales del día). Para evitar el riesgo de alcanzar temperaturas elevadas en el depósito
acumulador, éste se dimensiona con ratios de volúmenes mayores de 70 l/m2 de panel colector.
Los sistemas termosifón no consumen energía eléctrica, ya que no necesitan bomba para la
circulación del fluido, lo que los hace muy atractivos por su autonomía. Como contrapartida, al ser
necesario la instalación del equipo en una unidad compacta (captadores solares y depósito deben
ir juntos) es necesario comprobar la resistencia del tejado del edificio donde se vaya a instalar el
equipo.
SISTEMAS POR CIRCULACIÓN FORZADA
El sistema por circulación forzada es más eficiente que el de termosifón, pero también más caro. El
movimiento del fluido caloportador se realiza a través de una bomba circuladora que es capaz de
establecer un caudal determinado según las necesidades térmicas de cada momento y de vencer
las pérdidas de carga del circuito.
Al emplear una bomba para la circulación del fluido de trabajo, ya no es necesario que el
intercambiador de calor se sitúe en la parte alta de los captadores, por lo que el depósito de
acumulación, que contiene en su interior el intercambiador, no tiene por qué estar junto a los
captadores solares a la intemperie sobre el tejado de la casa.
De este modo, el depósito acumulador se puede situar en un lugar protegido del interior del edificio
sobre el suelo, lo que permite emplear depósitos acumuladores de mayor capacidad y por tanto
más pesados (que pueden ser de hasta 500-750 kg).
Los sistemas por circulación forzada, además de la energía eléctrica para activar la bomba de
circulación, necesita de una centralita para la regulación y control del sistema, que active la bomba
de circulación cuando exista un diferencial de temperaturas entre el fluido que sale de los
captadores y el que se encuentra en el acumulador, que permita que exista la posibilidad de una
ganancia de energía térmica en el intercambiador.
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Por tanto, la unidad de control constará de un termostato diferencial que tendrá la misión de
arrancar la bomba cuando la temperatura en los paneles solares sea de un determinado margen
mayor que la registrada en el depósito de acumulación. Por otro lado, la unidad de control deberá
parar la bomba cuando la temperatura en los paneles y en el acumulador sea aproximadamente la
misma.
Figura 02. Sistema por circulación forzada
Para conseguir esto, el termostato diferencial tendrá, al menos, 2 sensores térmicos. Uno de los
sensores estará instalado en la parte superior del último panel solar, es decir, a la salida de los
captadores (punto de mayor temperatura del sistema) y el otro sensor estará instalado en la parte
inferior del depósito acumulador, cerca del serpentín (punto de referencia de la temperatura del
acumulador solar).
El control diferencial de temperatura deberá funcionar automáticamente, y podrá ser programable
por el usuario, controlando también el funcionamiento de la caldera de apoyo (eléctrica, de gasóleo
o de gas), pero siempre de manera que sea la energía solar la predominante.
Normalmente, la centralita de control estará situada en el interior de la vivienda en lugar fácilmente
accesible para el usuario, y constará de un display donde el usuario podrá consultar información
relevante en el suministro de agua caliente del sistema.
Asimismo, este control inteligente deberá disponer de protección contra sobrecalentamientos,
control automático del caudal en los paneles solares e indicación extensiva de alarmas.
En estos sistemas, como el depósito acumulador e intercambiador suelen estar a una altura inferior
que los paneles de captación solar que están en la cubierta del edificio, habrá que incluir también
en el circuito primario una válvula antirretorno para evitar el posible efecto termosifónico nocturno
del fluido caloportador.
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COMPONENTES DEL SISTEMA
Entre los componentes de un sistema solar térmico tenemos:
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Cuadro 01. Componentes de los Sistemas Solar Térmicos
DESCRIPCIÓN
Colectores o placas captadoras
Cubierta protectora transparente
Placa absorbedora (normalmente de cobre). Capta la máxima radiación y emite la mínima
al exterior. Contiene los tubos por los que circula el líquido, normalmente agua con
anticongelante
Lámina reflectante
Aislamiento térmico para reducir pérdidas
Acumulador. Su función es almacenar el agua de consumo ACS. También puede
acumular agua de apoyo al sistema de calefacción.
Apoyo energético. En los momentos en los que no se dispone de energía solar, hace falta
un sistema de apoyo basado en energías convencionales. Se suelen emplear sistemas
eléctricos (una resistencia dentro del tanque) o de gasóleo o gas (se puede aprovechar un
sistema existente).
Ánodo anti – corrosión
Sistema de control. Comprueba la temperatura en diferentes partes de la instalación para
conectar o desconectar los sistemas de apoyo y las bombas cuando sea necesario.
Figura 03. Componentes del sistema
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APLICACIONES
 Departamentos: Para el abastecimiento de ACS en los meses más fríos del año generando
confort ante las bajas temperaturas.
 Edificios Públicos: Las instalaciones deportivas, las residencias para ancianos y las piscinas
suelen ser apropiadas para la energía solar térmica, puesto que necesitan grandes cantidades
de agua caliente.
 Hoteles y Restaurantes: Los hoteles son idóneos para el uso de esta energía ya que tienden
a ser concurridos durante los meses de verano y regularmente los demás meses.
 Piscinas: El agua caliente sanitaria en los hoteles se combina fácilmente con el agua caliente
para las piscinas, puesto que la energía que sobra se transfiere de forma simple al agua de la
piscina, lo cual mejora la comodidad del usuario sin que esto suponga un aumento del coste
de energía.
VENTAJAS
VENTAJAS ECONÓMICAS
 Reducción directa de costo asociado al calentamiento de agua, ya sea de electricidad o
combustibles como gas o leña.
 Los sistemas solares pueden lograr ahorros en el costo de preparación del agua caliente de
aproximadamente de 70% respecto a los sistemas convencionales.
 Las placas solares pueden ser un complemento importante de apoyo a la calefacción, sobre
todo en sistemas que utilicen agua a temperatura inferior a 60ºC.
 En la mayoría de los casos, tanto en viviendas unifamiliares como en edificios, las
instalaciones de energía solar térmica pueden proporcionar entre un 50% y un 70% del agua
caliente demandada. El resto de la demanda puede ser suplida por sistemas convencionales
de producción de agua caliente (caldera de gas o gasóleo, calefont doméstico, etc.).
 La inversión se amortiza con el ahorro energético. Actualmente, las instalaciones solares
térmicas pueden quedar amortizadas a partir de 4 a 6 años, con una vida útil de 20 años en
promedio. El período de amortización efectivo dependerá del tipo de combustible que se
sustituye y de las variaciones de su precio.
 El costo de operación y mantenimiento disminuye a medida que la tecnología va avanzando,
en tanto el costo de los combustibles aumenta con el paso del tiempo al ser éstos cada vez
más escasos.
VENTAJAS AMBIENTALES
 Al tratarse de una energía renovable permite sustituir una parte del consumo de combustibles
fósiles y/o electricidad, evitando o postergando el agotamiento de los limitados recursos
naturales.
 No emite gases perjudiciales para la salud ni emite gases de efecto invernadero que afecten el
cambio climático.
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 Por otro lado, la energía solar es una fuente inagotable, limpia, silenciosa y confiable. En gran
parte de nuestro país está además presente en forma abundante.
 Los Colectores Solares Térmicos proporcionan un valor agregado a todo tipo de viviendas. A
modo de ejemplo, una casa unifamiliar que tenga instalada 2 m2 de paneles evita la emisión
de 1,5 toneladas de CO2 al año.
REFERENCIAS
 Manual Técnico Energía Solar Térmica. Salvador Escoda S.A. Cuarta Edición. 20011.
 Manuales de Energías Renovables. Energía Solar Térmica. López – Cozar, José. Instituto
para la Diversificación y Ahorro de la Energía. Madrid. 2006.
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