Energia Solar

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Introducción para calentar agua utilizando la energía solar.

A continuación, una pequeña lectura la cual contestará muchas de sus preguntas.

Debido a su bajo costo y alta densidad de energía, los calentadores de agua solar de mediana temperatura siempre han sido la primera opción al momento de emplear la energía solar. Sin embargo, su gran peso hacia su instalación muy difícil y costosa.

No solo este paradigma ha cambiado gracias al revolucionario y atractivo diseño liviano de los calentadores solares de agua “Skyline” sino que a su vez han hecho del calentamiento de agua por medio del sol algo muy práctico para todos. Además, el aumento del costo del combustible, el calentamiento global y el incentivo de 30% de crédito de impuesto federal en los EEUU, favorecen la decisión de instalar un sistema solar lo más pronto posible!

Los calentadores de agua solar domésticos son una forma costo-efectiva de generar agua caliente para su casa. Pueden ser utilizados en cualquier clima y usan la energía solar, la cual es gratis!

En promedio, un calentador de agua común y corriente usa aproximadamente la misma cantidad de energía que un carro mediano usa en todo el año. Cada uno de los calentadores solares que se instalan equivale a aumentar el kilometraje del carro de la familia por más del 60%.

Al reemplazar los millones de calentadores de agua a gas o eléctricos actualmente ya instalados por los avanzados calentadores de agua solar de SolarRoofs, se estarían liberando grandes cantidades de recursos limitados de energía, los cuales pueden ser entonces utilizados para producir electricidad.

¿Cómo trabajan los calentadores solares de agua?

El rendimiento de un sistema activo de energía solar depende de su ubicación efectiva, diseño del sistema e instalación.

Los sistemas de calentamiento térmico de agua, los cuales utilizan la energía del sol en lugar de electricidad o gas, pueden proveer de manera eficiente hasta un 85% del consumo de agua caliente sin el costo de combustible, contaminación y con un costo de mantenimiento muy mínimo. Ver Sistemas 3.

La tecnología de energía solar para calentar agua es renovable y confiable. Los rayos del sol pegan y calientan una superficie absorbedora dentro de un “colector solar”. La energía de calor convertida de la energía radiante del sol dentro del colector es capturada por un líquido de transferencia de calor o por agua potable que fluye a través de tubos conectados con codos de cobre absorbentes (similares a un radiador de carro).

El agua calentada por el sol es almacenada en un tanque hasta ser necesitada. Si hay necesidad de más agua caliente, esta es generada por electricidad, energía de combustible fósil o por un calentador de agua convencional.

Ejemplo Sistema 1 con bomba de 12 voltios, con 2 2001 colectores, un tanque solar de 50 galones y un tanque de 30 o 50 galones convencional.

Tipos de calentadores solares de agua para uso residencial

Estos pueden ser pasivos o activos. Sin embargo, los sistemas solares más comunes son los activos, los cuales utilizan bombas para mover el líquido entre el colector y el tanque de almacenamiento. Los sistemas pasivos dependen de la gravedad y a la tendencia natural del agua de circular a medida que es calentad

Nuestro fabricante, SolarRoofs, prefiere el sistema activo fortalecido por un pequeño panel eléctrico solar (PV = fotovoltaicos) y una bomba de 12 voltios. De esta forma, el sistema es 100% solar, como los pasivos, pero con las ventajas de tener una instalación más fácil y una apariencia más atractiva ya que no es necesario instalar el tanque de agua en el techo.

Ver los diagramas del Sistema 3

Tipos de colectores solares usados en aplicaciones residenciales:

Colector de plato plano esmaltado

El colector esmaltado es una caja plana insulada y resistente a todo clima la cual contiene una placa absorbente debajo de una o más capas de plástico (polímero) o vidrio. Los colectores planos de placas sin esmalte -típicamente utilizados para calentar las piscinas-, tienen una placa absorbente oscura construida de metal o polímero, sin una capa o tapa.

Sistema termosifón

El agua fluye a través del sistema cuando el agua caliente sube a medida que el agua más fría se va hacia el fondo. El colector debe ser instalado debajo del tanque de almacenamiento de agua de tal forma que el agua caliente ascenderá dentro del tanque, el cual está ubicado en el techo arriba del colector. Estos sistemas son confiables pero el instalador profesional debe fijarse en el diseño del techo debido al enorme peso del tanque. Como el tanque es instalado en el techo, estos sistemas son menos atractivos y típicamente pesan 800 libras (363 Kg) cuando están llenos de agua. Estos son también generalmente más costosos que los sistemas integrados con tanque pasivos.

Sistemas integrales colector-tanque

Estos también son conocidos como Integral Colector-Storage (ICS, por sus siglas en inglés). Estos tienen uno o más tanques negros o tubos en una caja esmaltada insulada. El agua helada pasa primero por el colector solar, el cual pre-calienta el agua. Luego, el agua continúa entonces hacia el calentador convencional de reserva proporcionando así un recurso confiable de agua caliente. Estos pueden ser instalados solamente en lugares con climas de poco congelamiento porque la tubería exterior puede congelarse en climas más fríos. Como el tanque de agua se instala en el techo, estos pesan más de 800 libras (363 Kg) cuando están llenos de agua.

Colectores solares de tubos al vacío

Estos consisten de filas paralelas de tubos de vidrio transparentes. Cada tubo contiene un tubo de vidrio exterior y un tubo absorbedor metálico acoplado a la superficie captadora por medio de una aleta. La superficie de la aleta absorbe la energía solar pero produce una pérdida de calor radioactiva. Estos colectores de alta temperatura son frecuentemente usados en aplicaciones comerciales debido a que las aplicaciones domésticas no requieren tanto calor.

Tipos de sistemas activos para el calentamiento solar de agua:

Sistemas activos de circulación directa con ciclo abierto

En estos sistemas, una bomba circula el agua de uso doméstico a través de los colectores. Estos trabajan muy bien en climas donde la temperatura rara vez baja al punto de congelamiento, es decir, 32 grados Fahrenheit (0 grados centígrados). Los sistemas 1 y 3 de SolarRoofs son de este tipo.

Sistemas activos de circulación indirecta con ciclo cerrado.

Estos utilizan bombas las cuales circulan un líquido que transfiere calor a través de los colectores y un intercambiador de calor. Este proceso calienta el agua que entonces fluye y se utiliza en la residencia. Estos sistemas son populares en zonas con climas que alcanzan temperaturas menores de 32 grados Fahrenheit (0 grados centígrados).

Anticongelante

El líquido que transfiere calor es generalmente una mezcla de glicol y agua donde la concentración de glicol depende de la temperatura mínima esperada. El glicol no es tóxico. Los sistemas 5 de SolarRoofs son sistemas indirectos de ciclo cerrado y utilizan un anticongelante de polipropileno no tóxico.

Sistema de drenaje

Este es un tipo de sistema indirecto el cual utiliza bombas para circular el agua por los colectores y luego esta es drenada en un tanque de reserva cuando las bombas se detienen. Estos sistemas deben ser instalados cuidadosamente con el fin de asegurarse que la tubería siempre esté inclinada de tal forma que el agua siempre se drenará de la tubería. Esto puede ser muy difícil de lograr en algunas circunstancias y por lo tanto, será necesario usar glicol. Este sistema requiere bombas más potentes para poder bombear el agua al techo.

Tanque y reserva

Los sistemas solares para calentamiento de agua casi siempre requieren de un sistema de reserva para días nublados y aquéllos con mayor demanda de agua caliente. Los tanques de agua de calentadores convencionales generalmente proveen respaldo y pueden ser parte del paquete de sistema solar. Un sistema de reserva también puede ser parte de los colectores solares, tales como los tanques instalados en el techo utilizados por los sistemas de termosifón. Los sistemas solares también pueden utilizar calentadores de paso como sistema de reserva.

Requisitos para Energía Solar

Espacio para los colectores solares con orientación hacia el sur

Debido a que el sol haciende en el oriente, cruza sobre el horizonte en el sur y se pone en el occidente (Residentes en Norte América), es necesario que sus colectores en su techo enfrenten el Sur lo mas posible. Esto es especialmente cierto para calentar espacio donde es necesario estar dentro de 15 grados del sur verdadero.


Hasta 45 grados al oriente ú occidente del sur verdadero tiene poco efecto en el calentamiento de agua en el año. Aunque menos deseable, un sistema con dirección hacia el occidente y aun hacia el oriente puede funcionar bien, especialmente con colectores adicionales. Orientaciones sobre 45 grados, como una casa con inclinaciones de norte a sur pueden inclinar los colectores con el Kit de inclinación de rolarRoofs.

A pesar que la mayoría de los colectores son instalados en los techos, muchos han sido instalados en el suelo, or como un toldo a un lado de la casa. Para calentar espacio es bueno montar el colector verticalmente en el sur del techo.

Naturalmente es importante evitar la sombra donde se instalara el colector.

Es necesaria una buena Inclinación

El angulo del colector (denominado inclinación) debe ser por lo menos 15 grados sobre el horizonte. Típicamente los techos tienen una inclinación de 22 a 32 grados. Mas inclinación es innecesaria pues tiene poco efecto en el rendimiento de calentamiento anual, a menos que usted viva en un lugar con mucho sol en el invierno como en Colorado.

Un angulo de inclinación igual a la latitud es considerado ideal para calentar espacio. Debido a que durante el invierno el sol permanece muy bajo en el cielo (residentes de Norte América), se han logrado buenos resultados al instalar los colectores en una pared vertical, lo cual previene sobre calentamiento en el verano.

Obviamente es importante evitar que los colectores reciban sombra.

Espacio para los Colectores Solares.

Colectores Solares 1001 y 2001 “Skyline”.

Estos colectores son muy fuertes y poderosos y solo miden 10 y 20 pies cuadrados. (.92 y 1.86 metros cuadrados) y pesan 19 y 38 libras respectivamente (8.62 y 17.23 Kg.). Pueden ser cargados fácilmente por una persona y más seguros de instalar en el techo. Estos están disponibles en colores arquitectónicos con apariencia atractiva. Estos no necesitan soldaduras para ser instalados.

Skyline 1001 Este mide 6 x 20 x 3 pies (1.83 x 6.1 x .91 metros). El ingreso y retorno de líquido están ubicados en una punta.

Pueden instalarse hasta 6 colectores uno sobre otro o hasta 12 a lado. Con un espacio de 2 pulgadas entre cada colector.

Skyline 2001
Estos miden 12 X 20 X 3 pies (3.66 x 6.1 x .91 metros). El ingreso y retorno de líquido están ubicados en una punta. Pueden ser instalados hasta 4 colectores uno sobre el otro o 8 en configuración de lado. Los 2001 tienen una opción de ingreso y retorno de liquido a través de los colectores que logran una extensión de 60 pies (18.29 metros). Estos son ideales para aplicaciones comerciales.

Es necesario un buen paso para las líneas solares desde los colectores al tanque de almacenamiento solar.
Es necesario un paso de dos líneas solares y alambres desde su tanque y el techo con dirección al sur. La distancia debe ser menos de 40 pies (12.2 metros). Si las pipas están bien insoladas la distancia podría ser hasta 80 pies (24.4 metros).

Se instala tubería de cobre con diámetro exterior de 2.5 pulgadas, con un mínimo de .5 pulgada de grueso de insulación de temperatura alta. Por fuera de la insulación, se instala, por lo menos, un juego de alambres ya sea para la electricidad del panel fotovoltaico (PV) a la bomba o un alambre para el sensor de control diferencial. Las líneas horizontales deben ser apoyadas cada 6 pies (1.83 metros).

Los sistemas 1 y 3 que usan bombeo con PV necesitan un segundo juego de alambres para el switch del broche de congelamiento. Ver el video de instalación.

También es necesario un tanque de almacenamiento grande o espacio para agregar un tanque solar.

Selección del sistema correcto para su área geográfica.

Sistema 1 o 3 de Circulo Abierto

Estos son para áreas de clima Tropical (Verde) o temperatura Templada (Anaranjados). El circulo solar des estos sistemas se abren con la presión del agua. Ellos son excelentes en cualquier parte donde no hay congelamiento o con poco congelamiento cuando se usan con opciones de protección contra congelamiento.

Sistema 5 de Círculo Cerrado

Estos son utilizados en áreas con temperatura bajo 32 grados Fahrenheit (0 grados centígrados). El círculo solar es separado de la presión del agua por medio de un intercambiador de calor. Al instalar estos sistemas debidamente no sufren daño cuando hay congelamiento. Pueden ser utilizados en zonas con congelamientos fuertes si son drenados antes de congelarse.

¿Cual es el tamaño óptimo? Si el presupuesto es mínimo, considere obtener un sistema pequeño el cual puede proveer 30% de su consumo. Usted puede agregar más paneles después.

Guías generales de selección.
Los sistemas 1 y 3 pueden producir 75 al 90% de consumo en lugares más calientes con mucho sol. Pueden usar 2 colectores 1001 o un 2001 para cada 2 a 3 personas. Por ejemplo una familia de 4 miembros debería usar cuatro 1001 o dos 2001 colectores. Ver Systemas Solares.

El sistemas 5 pueden producir 60 al 70% de consumo en zonas de temperatura bajo cero grados centígrados y nublados. Instale cuatro 1001 o dos 2001 colectores por las primeras dos personas. Y luego agregue dos 1001 o un 2001 por cada 2 personas adicionales. Por ejemplo, una familia de 4 debería usar seis 1001 o tres 2001 colectores.

Tanque de Almacenamiento

Es posible utilizar su tanque eléctrico actual para los sistemas de circulación abierta 1 y 3, o se puede agregar un calentador de agua barato para almacenar el agua calentada por el sol.

Es necesario tener por lo menos 1 galón de almacenamiento por cada pie cuadrado (9.29 centímetros cuadrado) de área de colectores. A pesar que un calentador de 40 galones puede trabajar muy bien con hasta 30 pies cuadrados (2.8 metros cuadrados) de área de colectores, es preferible se utilice un tanque de por lo menos 50 galones por cada 40 pies cuadrados (3.72 metros cuadrados) de área de colectores. Generalmente, entre más grande sea el tanque mejor, hasta 2.5 galones por cada pie cuadrado de área de colectores en zonas con mucho sol.

Sistemas con protección anticongelante.

Los sistemas 5 tienen un tanque de 80 galones marca Rheem/Rudd con un intercambiador de calor de 120 pies. Tenemos mas detalles de estos sistemas. Escribanos y con gusto le brindaremos respuestas.

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