A diferencia de los sistemas fotovoltaicos, que convierten la energía del sol en electricidad, los sistemas térmicos solares activos transforman el fluido calentado por el sol en calor espacial y agua caliente. Los sistemas consisten en bombas eléctricas, ventiladores, controles complejos, tanques de almacenamiento y colectores.
Dos tipos de colectores captan los rayos solares: placa plana y tubo de vacío. La placa plana es el tipo más común y ha existido por más tiempo. El tubo de vacío es un diseño más reciente.
Un colector de placa plana consta de una caja metálica impermeable y aislada. La parte superior está orientada hacia el sol y tiene una cubierta de vidrio o plástico que actúa como un invernadero, dejando pasar los rayos y reteniendo el calor. Dentro de la caja hay una placa absorbente de color oscuro con revestimiento especial y tubos que contienen fluido en circulación. Los colectores de tubo de vacío incluyen una placa absorbente de color oscuro y filas paralelas de tubos de vacío, todos conectados a un tubo colector. Los diseños de tubos incluyen vidrio, vidrio-metal y vidrio con trayectorias de flujo de fluidos.
Las placas absorbentes suelen incluir largas tiras de metal cubiertas por un revestimiento especial. Las nuevas tecnologías ahora producen recubrimientos que son altamente eficientes. La radiación absorbida calienta el fluido circulante.
Preocupaciones del sistema solar
Los colectores de placa plana tienen un diseño simple y robusto. Sin embargo, ese diseño les permite perder calor por convección y radiación. Deben calcularse las cargas de viento, que pueden llevarse el calor.
Los tubos de vacío pueden funcionar incluso en días más nublados. Usan vidrio algo frágil; piense en una botella aislada sellada al vacío. Sin embargo, pueden tener algunos problemas en los que la nieve o el hielo pueden acumularse y deben eliminarse. También puede haber problemas si una rotura o daño destruye el importante vacío o por acumulación de calor si no hay un drenaje adecuado en el sistema.
Los colectores pueden ser del tipo de circuito abierto o cerrado. En los sistemas de circuito abierto, el agua potable doméstica se bombea a través del colector. El colector debe drenarse durante períodos prolongados de clima helado o utilizar un sistema de drenaje. Aunque son eficientes, los sistemas abiertos pueden tener problemas de corrosión si el agua dura daña los componentes.
En los sistemas de circuito cerrado, una solución similar al anticongelante pasa a través de un intercambiador de calor montado cerca del calentador de agua solar de la casa. El circuito cerrado puede perder un poco de eficiencia durante el proceso de intercambio de calor y se requiere algo de mantenimiento con el fluido.
Requisitos del sistema solar
Al seleccionar un sistema solar, los propietarios deben saber cuánta energía solar hay disponible para su hogar, un término conocido como "constante solar". Otras consideraciones son la latitud de una casa; superficie disponible para el recolector, árboles o edificios que darían sombra a los recolectores; la ubicación del colector y cuánto se desvía del sur magnético; y la distancia del colector al acumulador solar.
En determinadas latitudes, la radiación en invierno y en verano es bastante diferente debido al ángulo del sol en relación con la Tierra. Incluso el paso de las superficies donde se colocarán los paneles solares debe verificarse con ángulos de inclinación y orientaciones que varían considerablemente entre ubicaciones. La mayoría de los paneles solares están montados en techos y el ángulo está preestablecido por el ángulo del techo. Los ángulos superiores al óptimo reducirán la eficiencia.
Es posible que el techo de una casa ni siquiera esté orientado al sur o que no sea lo suficientemente fuerte para soportar el sistema. Si las áreas del techo no funcionan, los propietarios también pueden considerar las paredes exteriores, los sistemas independientes o en el suelo.
Otro factor es el sistema de calefacción del hogar. Los sistemas solares térmicos son adecuados para sistemas de calefacción por suelo radiante y calderas con radiadores de agua caliente. Los sistemas de aire forzado que utilizan un intercambiador de calor funcionan pero pierden algo de eficiencia. Sin embargo, los colectores solares proporcionan o ayudan con las necesidades de agua caliente de un hogar.
En climas del norte con temperaturas muy frías o largos períodos de cielo nublado, se necesitará un sistema de respaldo. Una casa que tenga corrientes de aire y carezca de eficiencia energética necesitará respaldo. Incluso los niveles de comodidad de los miembros de la familia, especialmente los ancianos que prefieren un termostato más alto, deben tenerse en cuenta. Los prestamistas y los códigos de construcción también pueden requerir un sistema de respaldo.
Posibles restricciones
Consulte los códigos o convenios locales que pueden restringir las opciones. Algunos municipios se han opuesto a los sistemas que obstruyen los patios laterales, las adiciones de altura ilegales en los techos, la violación de las regulaciones del distrito histórico y las cargas excesivas en los techos.
El costo puede ser un factor. Para que un sistema solar sea rentable, debe usarse la mayor parte del año y no permanecer inactivo en el verano. La operación de agua caliente durante todo el año mejora la rentabilidad del sistema.
Un sistema funciona mejor con un presupuesto limitado si puede proporcionar entre el 40 y el 80 por ciento de las necesidades de calefacción de una casa. Un sistema activo que suministra menos del 40 por ciento de las necesidades de calefacción de una casa tiene mucho sentido económico.
Cuando compre un sistema, compare equipos colectores solares certificados comprobando las etiquetas de clasificación de la Corporación de Certificación y Clasificación Solar.
Los costos de un sistema de calefacción solar activo varían mucho y, en parte, con la competencia en el mercado. En Wisconsin, por ejemplo, donde hay poca competencia, un sistema de tubos evacuados para el suministro de agua caliente solo en una residencia unifamiliar cuesta entre $ 9,000 y $ 12,000.