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Calentador solar de agua: ¿Qué es?, ¿Qué tipos de calentadores y tecnologías existen?, ¿Cómo funcionan? Ventajas y desventajas.

Calentador solar de agua

Calentar el agua supone una buena parte del consumo energético de una casa. Es una necesidad casi constante -utilizamos el agua caliente para ducharnos, lavar la ropa, los platos y demás utensilios de cocina, e incluso para calefaccionar el agua de una piscina- y las necesidades van en aumento.

Un calentador de agua eléctrico (por ejemplo, un termotanque eléctrico) no solo consume mucha energía, sino que contribuye al calentamiento global a través del aporte de CO2. Un calentador de gas natural es un poco más óptimo, pero no deja de tener un buen consumo energético y de colaborar con el empeoramiento del medio ambiente.

Hay incluso opciones más ecológicas, pero la energía solar está en otro nivel. Hasta el día de hoy, un calentador solar de agua es lo más ecológico, y a la larga económico, que podemos tener para calentar agua en un hogar.

Un calentador de agua solar se suele utilizar junto con un calentador tradicional (una resistencia) o en serie con un termotanque eléctrico, ya que el clima afecta a la producción de agua caliente solar. En este caso, el calentador tradicional complementa al calentador solar. Incluso así, añadir un calentador solar a un sistema de calentamiento de agua puede reducir las facturas de energía y las correspondientes emisiones de CO2 en un 50%, a veces incluso más, dependiendo del lugar del mundo en el cuál se viva.

La energía solar es una excelente fuente de energía limpia: su combustible, la luz solar, ✅ es ilimitado, ✅ es gratuito y ✅ no tiene ningún tipo de emisión (excepto vapor de agua en algunos casos), cuando se convierte en energía. El problema de la energía solar, como casi todos sabemos, es su eficiencia.

La tecnología solar fotovoltaica (FV), es menos eficiente a la hora de convertir su combustible en electricidad que, por ejemplo, una turbina eólica. Pero cuando se trata de calentar agua o algún otro fluido, la luz solar no necesita convertirse en electricidad, sino en calor, un proceso mucho más natural.

Esto no quiere decir que los calentadores de agua solares no tengan inconvenientes. En este artículo veremos cómo funcionan los diferentes sistemas de calentamiento solar de agua, qué tipos de calentadores solares tenemos (principalmente de uso hogareño), qué factores determinan su eficiencia y cómo lograr mejorarla, cómo podríamos fabricar un calentador solar de agua casero y para qué podrías querer hacerlo tú mismo. Veamos.

Índice

    Sistemas de calentamiento solar de agua

    En esencia, un calentador de agua solar hace una cosa: utiliza la luz solar para calentar el agua. Lo mismo ocurre cuando dejas un vaso con algún líquido al sol: después de un rato, ya no está frío o a temperatura ambiente, se ha calentado. Por supuesto, un calentador de agua doméstico tiene que funcionar más eficientemente y producir suficiente agua caliente para satisfacer las necesidades del hogar, por lógica, el sistema tenderá a ser más complejo.

    El núcleo del calentador de agua solar más básico es un colector solar y un tanque de almacenamiento. Un colector solar es básicamente una caja acristalada y aislada con un interior de color oscuro y, normalmente, un montón de tubos para el paso del flujo de agua (luego veremos que hay otros tipos y tecnologías). El colector solar convierte la radiación del sol en calor y un depósito de almacenamiento contiene el agua caliente hasta que finalmente sea utilizada.

    Esa es la configuración básica de un calentador solar plano, y algunos sistemas comerciales no son mucho más complicados y complejos que eso.

    Partes de un panel calentador solar de agua plano

    El más común, y ya casi antiguo, calentador solar de agua consiste en un colector o panel solar plano montado en el techo de una vivienda y conectado a un tanque de almacenamiento de agua.

    Partes de un calentador solar de agua plano

    Las partes básicas de un panel calentador de agua solar plano son:

    • Una entrada de agua fría.
    • Caños colectores (superior e inferior).
    • Caños de circulación de cobre o latón.
    • Una cámara de aire de 1 o 2 cm de espesor.
    • Una placa colectora realizada en chapa con terminación color negro mate, superficie selectiva o cromo negro.
    • Una caja impermeable de material que resista las inclemencias del tiempo (lámina galvanizada, aluminio, terciado fenólico, plástico reforzado, fibras de vidrio), con salida del vapor.
    • Aislación térmica de lana de vidrio (debe resistir alta temperatura).
    • Una cubierta transparente de vidrio no ferroso.
    • Una salida de agua caliente.

    Un captador solar plano está formado por una placa metálica que se calienta con su exposición al sol (absorbedor); esta placa suele ser de color negro mate, de forma que no refleja los rayos del sol. Normalmente la placa está colocada en una caja con cubierta de vidrio. Por el interior de la caja se hace circular agua a través de un serpentín o un circuito de tubos de forma que el calor se transmite al fluido.

    Aplicación práctica del efecto invernadero en un colector solar

    El efecto que se produce dentro de un colector solar plano es similar al de un invernadero:

    Efecto invernadero en un colector solar
    Efecto invernadero en un colector solar de tubos
    1. La luz del sol atraviesa la placa de vidrio y calienta la placa ennegrecida.
    2. El vidrio es una “trampa solar”, pues deja pasar la radiación del sol (onda corta) pero no deja salir la radiación térmica que emite la placa ennegrecida (onda larga).
    3. Como consecuencia, esta placa se calienta y transmite el calor al líquido que circula por los tubos.

    Dependiendo del sistema, el agua fría puede circular desde el tanque a través del colector solar, para ser calentada directamente, o puede ser calentada por un fluido de intercambio de calor de alta capacidad que pasó anteriormente por el panel solar.

    Subsistemas de una instalación solar para el calentamiento de agua

    Una instalación solar para el calentamiento de agua, en general, está formada por varios subsistemas:

    Sistema de captación

    El sistema de captación está formado por uno o más captadores o paneles solares conectados entre sí. Su misión es la de obtener la energía del sol para transformarla en energía térmica, aumentando la temperatura de fluido que circula por la instalación. El tipo de captador más extendido es el panel solar plano que consigue aumentos de temperatura de 60°C a un coste reducido. Estos captadores están indicados para la producción de agua caliente para diversas aplicaciones: agua caliente sanitaria, calefacción por suelo radiante, calentamiento del agua para una piscina, etc. Ver: Partes de un panel calentador solar de agua plano.

    Sistema de acumulación

    El sistema de acumulación es la parte de la instalación que almacena la energía térmica para su posterior utilización. El agua caliente obtenida mediante el sistema de captación, es conducida hasta donde se va a almacenar caliente para su posterior utilización.

    Puede ser directamente, como es el caso del calentamiento del agua de una piscina. En aplicaciones de agua caliente sanitaria (ACS) o calefacción, la demanda no siempre coincide con el momento en el que hay suficiente radiación, por lo tanto, si se quiere aprovechar al máximo las horas de sol, será necesario acumular la energía térmica en aquellos momentos del día en que esto sea posible y utilizarla cuando se produzca la demanda.

    El sistema de acumulación está formado por uno o más depósitos de agua caliente. La dimensión de los depósitos de almacenamiento deberá ser proporcional al consumo estimado y debe cubrir la demanda de agua caliente de uno o dos días.

    Sistema de distribución

    En el sistema de distribución se engloban todos los elementos destinados a la distribución y acondicionamiento para el consumo: control, tuberías y conducciones, vasos de expansión, bombas, purgadores, válvulas, etc.

    Sistemas convencionales de apoyo

    Las instalaciones de energía solar térmica necesitan sistemas de apoyo convencionales (gasóleo, gas o electricidad) en previsión a la falta de radiación, a un consumo superior al dimensionado o picos de demanda.

    En la mayoría de los casos tanto en instalaciones en viviendas unifamiliares, como en edificios de viviendas, las instalaciones solares se diseñan para proporcionar a las viviendas entre el 60-80 % del agua caliente demandada, aunque en zonas con gran insolación a lo largo del año, el porcentaje de aporte suele ser superior.

    Tipos de calentadores solares de agua

    La primera y más común forma de clasificar a los calentadores de agua solares es sin son de sistema pasivo o sistema activo.

    Un calentador solar activo utiliza bombas eléctricas y controles electrónicos para mover el agua (u otro fluido) por el sistema. En el caso de los calentadores solares pasivos, sólo utilizan algunos principios de la física para lograr calentar el agua. El pasivo, por tener menos componentes, es el más sencillo y con menos mantenimiento de los dos.

    Sistema pasivo de calentamiento solar de agua

    Sistema pasivo de calentamiento solar de agua

    Hay dos tipos principales de sistemas pasivos: ➡️ por lotes y ➡️ por termosifón.

    • Calentador solar de agua por lotes

    Un calentador solar de agua por lotes es el más sencillo y rudimentario de estos dispositivos. Se trata de uno o varios depósitos de agua dentro de un colector solar (sin tubos). El agua se calienta en el interior del depósito y, por gravedad o por convección natural o estratificación (la tendencia del agua caliente a subir), se transporta desde el depósito hasta las tuberías de la vivienda.

    • Calentador de agua solar por termosifón

    Un sistema de calentamiento solar de agua que funciona por efecto de termosifón, tiene el depósito de agua separado del colector solar. El agua fría se mueve a través de los tubos de un colector solar, y la convección natural bombea el agua caliente resultante a un tanque de almacenamiento. Desde el tanque de almacenamiento, el agua pasa a las tuberías de la casa.

    Funcionamiento de calentador solar de agua por efecto termosifón
    Funcionamiento de calentador solar de agua por efecto termosifón

    Aunque en dispositivos más clásicos el tanque de almacenamiento se encuentra separado del colector solar y unidos entre si por cañerías, en los calentadores solares de agua de tubos de vacío el colector es una «extensión» del tanque de agua, formando en cierta forma un solo volumen de agua que, por la misma estratificación, hace que la zona de agua más caliente se ubique en la parte superior, a la altura del tanque.

    Sistema activo de calentamiento solar de agua

    Los sistemas activos suelen pertenecer a una de estas tres categorías: ➡️ directo, ➡️ indirecto y ➡️ de drenaje por gravedad.

    • Calentador solar de agua directo

    En un calentador de agua solar activo directo, el agua pasa por los colectores solares y llega a un depósito de almacenamiento con la ayuda de bombas y controles eléctricos y electrónicos.

    • Calentador solar de agua indirecto

    En un sistema de calentamiento solar de agua activo indirecto, en lugar de calentar el agua, los colectores solares calientan un fluido de «transferencia de calor», como un anticongelante. A continuación, el anticongelante fluye hacia las tuberías selladas de un intercambiador de calor, donde está rodeado de agua. El agua recoge, por transferencia térmica, el calor del anticongelante (pero nunca se mezcla con él) y se bombea a un depósito de almacenamiento.

    • Calentador solar de agua de drenaje por gravedad

    Un sistema de drenaje por gravedad (drainback) o de auto-descarga, es como el sistema indirecto, salvo que utiliza agua destilada como líquido de transferencia de calor, y tiene un tanque de «drenaje» separado para el agua destilada.

    Calentador solar de agua de drenaje
    Funcionamiento de un calentador solar de agua de drenaje por gravedad

    El bombeo de todo el líquido de transferencia de calor fuera del sistema y hacia un tanque interior lo hace ideal para climas más desfavorables, ya que el líquido no está expuesto a un clima extremadamente frío. Esto permitirá que los colectores solares se vacíen naturalmente y de forma pasiva en cada parada de la bomba de circulación.

    Tipos de calentadores solares según la tecnología de captación

    Captador de placa plana

    Es la tecnología de captación más común y casi anticuada en este momento para los colectores comerciales. Ya lo hemos visto en detalle desde el comienzo de este artículo, por lo que no vamos a profundizar mucho más en él. Su uso se limita a la disponibilidad de agua caliente sanitaria (ACS) y calefacción solar. Incluso se emplea este tipo de colector solar de forma activa, para la climatización de piscinas.

    Colector de tubos de vacío

    Debido a una mejora con respecto a los paneles planos, la tecnología más utilizada actualmente para calefacción de agua domiciliaria es la de colectores de tubos de vacío, que tienen un rendimiento muy elevado, pero también su costo es más elevado que los primeros.

    Esquema de un calentador solar termosifónico de tubos
    Esquema de un calentador solar termosifónico de tubos

    Este tipo de calentador solar termosifónico está formado por una serie de tubos de vidrio al vacío dispuestos en serie. Cada uno de estos tubos está formado por una doble pared, el tubo interior está recubierto con una capa o recubrimiento selectivo, especialmente diseñada para atraer la radiación solar.

    El tubo exterior cubre al primero y sella al vacío el espacio entre ambos tubos con lo cual se elimina la pérdida de calor convectivo y conductivo, asegurando que toda la radiación absorbida por el tubo interior se transfiera al agua que fluye dentro de él. Ver: Aplicación práctica del efecto invernadero en un colector solar.

    Los tubos de vidrio al vacío de los calentadores solares de este tipo absorben, no sólo los rayos solares directos, sino que también absorben la radiación solar difusa permitiendo calentar el agua aún en días nublados con resolana.

    Energía solar térmica - Colector solar de tubos
    Mmz.alonso, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

    Los tubos evacuados de estos colectores están hechos de dos tubos de vidrio concéntricos, es decir, uno dentro del otro, con un espacio de vacío entre los dos y un extremo abierto. El vidrio es generalmente de boro-silicato (también conocido como “Pírex”), un vidrio más resistente a los shocks térmicos y a los golpes, y por lo tanto adaptable a cualquier condición climática, incluso climas polares, de manera tal que son capaces de resistir incluso el granizo.

    El tubo exterior posee mínima reflexión y es transparente a los rayos de luz; el tubo interior es recubierto con pintura selectiva con alta absorción a la radiación y baja reflexión.

    Captador solar de polipropileno

    Este tipo de colector solar para agua más económico se utiliza para calentar el agua de las piscinas, permitiendo prolongar el uso de las mismas a lo largo del año. Son captadores no vidriados de sistema activo, formados simplemente por una gran cantidad de diminutos tubos de plástico dispuestos en serpentín por los que circula el agua, generalmente haciendo una recirculación utilizando el mismo motor de filtración de la piscina.

    Colector solar de polipropileno para piscina

    Al no contar con una caja ni cubierta de cristal, el aumento de temperatura es bajo, en torno a 30°C. Las pérdidas de calor son grandes, lo que limita su aplicación a otro tipo de instalaciones. Los tubos flexibles toleran bien el paso de aguas agresivas, como el agua de piscina clorada, pero aguantan mal las tensiones mecánicas que se producen al congelarse el agua y los rasguños superficiales. Son más económicos incluso que los captadores solares planos.

    Colector de cilindro parabólico y sistemas concentradores

    Aunque su utilización está fuera del alcance de esta publicación (seguramente tendremos un artículo específico más adelante), su uso a nivel industrial se extiende a las centrales térmicas. Se consiguen altas temperaturas del fluido caloportador que es utilizado para hacer girar turbinas eléctricas.

    Para aplicaciones de media y alta temperatura existen otros elementos de captación, provistos de sistemas concentradores de la radiación, que realizan el seguimiento de la posición del Sol a lo largo del día.

    Orientación e inclinación de un panel calentador de agua solar

    Existen dos condiciones básicas de instalación de los paneles o colectores solares, tanto en este caso, para el calentamiento de agua, como también para la energía solar fotovoltaica. Una es la orientación de los paneles y otras es la inclinación.

    Orientación de los paneles solares

    En el hemisferio sur, los colectores deberán orientarse al norte para aprovechar la mayor cantidad de horas de sol a lo largo de todo el año. Lo contrario sucede en el hemisferio norte.

    Se admiten variaciones hacia el este u oeste no mayores a 20 grados, pero deben evitarse todas las sombras que pueden ser provocadas por otros colectores, edificios, árboles o irregularidades del terreno.

    Inclinación de los paneles solares

    La mayor captación solar se obtiene colocando el colector en forma perpendicular a los rayos del sol. Como generalmente un calentador solar para agua no tienen un sistema de seguimiento del sol, la inclinación óptima del panel será la que asegure la máxima radiación solar en el momento más desfavorable del año: el invierno.

    Por ejemplo: para el cálculo de la inclinación de los paneles para la Ciudad de Buenos Aires (latitud S34,5°) la pendiente del sol en invierno será de 33°. El ángulo de inclinación será 90°-33° = 57°.

    Calentadores solares y regiones bioclimáticas

    Se denomina regiones bioclimáticas a una extensión del territorio terrestre que presenta un clima predominante, el que estará determinado por su temperatura, precipitaciones, vientos, vegetación, relieve, y otros factores.

    En las regiones muy cálidas y cálidas (I y II) los calentadores solares de agua pueden ser más simples, ya que la radiación solar diaria y la temperatura ambiente son altas. Pueden tener menor aislamiento térmico y un solo vidrio como cubierta.

    En las regiones templadas (III y IV) se debe analizar el uso de un DVH (Doble Vidrio Hermético) y un buen aislamiento térmico del panel solar y del tanque de acumulación. En las subzonas secas con frecuentes heladas, un solo vidrio podría no ser suficiente, y si se congela el agua en la serpentina del panel, puede romperlo.

    Por ejemplo: para estas zonas se desarrolló un plano captador de acero inoxidable que permite la dilatación por congelamiento sin roturas.

    En las zonas frías y muy frías (V y VI, sur de la latitud 40°) el panel plano no es suficiente por la baja radiación solar. Es mejor usar sistemas con tubos Pirex evacuados o tubos con concentración lineal.

    En estas zonas, para prevenir la destrucción por congelamiento, hay que usar un sistema indirecto donde el agua circule en un circuito cerrado con anticongelante que ceda calor en un intercambiador. En estos casos se requiere una bomba recirculadora y el tanque de acumulación debe quedar a cubierto.

    ¿Cómo construir un calentador solar casero?

    Tanto si el sistema solar es pasivo como activo, siempre cuesta más de lo que se pagaría por un calefón a gas o eléctrico, pero algunas personas están reduciendo este coste fabricando el suyo propio. Resulta que el tipo más básico, el calentador por lotes, es un proyecto relativamente sencillo de construir en casa.

    Empecemos por decir que, incluso un tanque separado del tanque de agua fría de una casa, pintado de color negro mate y colocado en un lugar con mucha exposición solar, que luego se conecte a la entrada del circuito de agua caliente de la casa, puede ayudar a ahorrar algún dinero de la factura de energía con casi nada de costo. Podríamos decir que tenemos el calentador solar casero más económico de todos.

    En la siguiente imagen se pueden ver planos para hacer en casa un calentador de agua solar de una edición de 1935 de la revista Popular Mechanics (Mecánica Popular). La foto del recuadro muestra una unidad construida a partir de estos planos.

    Construir un calentador solar casero

    Sin embargo, construir un calentador solar de agua casero similar a este, no es precisamente para principiantes. Requiere la instalación de tuberías, vidrio y, preferiblemente, aislamiento. Pero para alguien a quien le gusta el bricolaje, es un proyecto ideal para ahorrar dinero y cuidar un poco el planeta. Puedes construir un calentador de agua por lotes por menos de 100 dólares.

    Calentador solar de agua hecho en casa

    Un calentador por lotes también se llama calentador solar pasivo «integral», porque el colector solar y el tanque de almacenamiento están combinados. Es otro sistema muy sencillo para construir en casa, y realmente sólo requiere unas pocas piezas básicas.

    Componentes necesarios para un calentador solar casero

    • Depósito del calentador de agua eléctrico (puede ser usado, pero debe estar en buen estado).
    • Pintura negra.
    • Caja de madera contrachapada (lo suficientemente grande como para contener el depósito).
    • Láminas de vidrio.
    • Tapa con bisagras para la caja (para reducir el enfriamiento nocturno).
    • Material aislante.
    • Tuberías/accesorios.
    • Soportes (para el tejado, el lateral de la casa o el suelo)

    Paso a paso para la construcción del calentador de agua solar

    1. Pinta el depósito de agua de color negro.
    2. Fije el vidrio a la parte superior de la caja.
    3. Aísle la caja y la tapa adicional
    4. Haga agujeros en la caja para las tuberías de entrada y salida.
    5. Fije el depósito de agua dentro de la caja.
    6. Dirija el agua fría entrante a la parte inferior del tanque.
    7. Conecte la salida de agua caliente, desde la parte superior del tanque, al tanque del calentador de agua de la casa.
    8. Monte la unidad en el lugar deseado (el tejado suele ser el mejor para la exposición al sol).

    Aunque construir en forma casera el calentador de agua puede ser bastante fácil, hay otros factores que hay que tener en cuenta. Hay que determinar la mejor ubicación del calentador para que esté expuesto a la mayor cantidad de luz solar al día, lo que puede requerir algunos cálculos.

    También tienes que asegurarte de que la ubicación ideal puede soportar el peso de la instalación. Y, como con cualquier otro calentador de agua, hay que calcular el tamaño del depósito que se necesita para no quedarse sin agua caliente en mitad de la ducha, y determinar la superficie acristalada que se necesita para calentar ese volumen de agua.

    Si no se siente cómodo tomando estas decisiones, incluso después de haber leído completamente este artículo y conocido más en profundidad el funcionamiento de un calentador solar de agua, puede que le convenga desembolsar el dinero para una instalación de fabricación industrial.

    Pros y contras de la instalación de calentadores de agua

    En cualquier caso, hay algunos pros y contras generales asociados a los calentadores de agua solares. Empezaremos por las ventajas o beneficios.

    Beneficios de los calentadores de agua solares

    Los beneficios del calentamiento solar del agua son numerosos y considerables. En primer lugar, va a ahorrar dinero en su factura eléctrica o de gas.

    Lo más probable es que su consumo de electricidad para calentar el agua se reduzca al menos a la mitad. El ahorro real depende del clima en el que vivas. Si está, por ejemplo, en el noroeste de Estados Unidos, donde el sol no brilla mucho durante buena parte del año, su ahorro será menor que si vive en un lugar extremadamente soleado como Arizona, porque hay menos combustible disponible para su sistema. Pero si vive en Arizona, podría reducir su factura de calefacción por agua hasta en un 90%.

    Y luego está la correspondiente reducción de la contaminación. Una reducción del 50 porciento en el uso de la energía tradicional (emisora) significa una reducción del 50 porciento en las emisiones de CO2. Así que la instalación de un calentador de agua solar reduciría la huella de carbono de producir agua caliente en su hogar a la mitad.

    Al mismo tiempo, está conservando combustibles no renovables para aplicaciones para las que actualmente no hay fuentes de energía renovable fácilmente disponibles.

    Debido a los beneficios del calentamiento solar del agua, añadir una unidad a su casa también aumentará su valor. Así que podríamos decir que vamos a acabar recuperando el dinero invertido en un sistema de calefacción solar cuando vendamos la casa.

    Desventajas de los calentadores solares de agua

    Son pocas las desventajas de adquirir y utilizar un calentador solar de agua pero quizás el principal aspecto negativo, y su principal barrera de entrada es el dinero que se invierte. Mientras que la luz solar es gratuita, el sistema necesario para convertirla en agua caliente para su casa puede costar bastante dinero si opta por un sistema comercial y una instalación profesional.

    La instalación de sistemas térmicos solares presenta otro inconveniente: se precisa la instalación del mismo sistema convencional que el que resultaría si no se instalarán los captadores solares, y a veces resulta problemático su montaje en edificios existentes como consecuencia de su falta de previsión a nivel de proyecto.

    Por otro lado, como consecuencia de la adaptación a los edificios ya construidos, existe la posibilidad de una imagen estética «negativa», si bien éste es un aspecto subjetivo y cultural, ya que existen otras instalaciones (antenas parabólicas, de telefonía móvil, equipos de aire acondicionado, etc.) posiblemente más feas y sin embargo con mayor aceptación social. De todas formas, con voluntad y buen criterio, siempre existe la posibilidad de integrar arquitectónicamente cualquier instalación.

    En cualquier caso, siempre se necesitará de un instalador que ejecute su trabajo adecuadamente, pues hay que ser conscientes de la existencia de instalaciones que no han dado los resultados esperados debido a que han sido realizadas por profesionales sin la experiencia y conocimientos suficientes.

    Tecnología antigua de calefones solares de agua

    Podría parecer que los calentadores solares de agua son un descubrimiento surgido de la nueva conciencia ecológica planetaria, en auge en las últimas décadas. Sin embargo, los calentadores de agua basados en la energía del sol existen en forma comercial desde finales del siglo XIX (y la «tecnología» en la que se basan hace mucho más tiempo).

    Publicidad de calentador de agua solar Climax
    Publicidad de calentador de agua solar Climax

    El primer calentador solar de agua comercial, el Climax, patentado por Clarence Kemp y desarrollado en en Baltimore, Maryland, se presentó a los propietarios de viviendas de California en 1891. Se ofrecía por 25 dólares y prometía ahorros de aproximadamente 9 dólares por año en carbón.

    Un anuncio de la época, con un ama de casa con el atuendo de «Gibson Girl» y otro miembro de la familia en una bañera, decía: «We put ‘em up, old sol does the rest» (Los ponemos arriba, el antiguo sol hace el resto).

    El anuncio continúa explicando los beneficios del agua caliente solar. «Agua Caliente… Sin Fuego, Sin Costo, Sin Inconvenientes. Instalar sobre o colocar (al ras) en su techo le dará el lujo de agua caliente sin la incomodidad de mantener una estufa y calentar el interior de su casa».

    Así promovidos, aseguraban que más de 2 mil calentadores ya estaban funcionando en ese lugar.

    Primer calentador solar de agua Climax
    Primer calentador solar de agua Climax

    Pero cuando se descubrió gas natural barato en el sur de California, el mercado de los sistemas solares de calentamiento de agua en el área efectivamente se terminó. En los años siguientes, el interés en el agua caliente solar se mantuvo limitado a los estados más cálidos y soleados, porque en ese momento los sistemas no podían soportar temperaturas bajo cero.

    En 1909 William J. Bailey patentó un sistema que separaba el tanque de almacenamiento de agua del elemento que calentaba el agua, sentando las bases del diseño de los calentadores solares de agua que se utilizan hoy en día.

    Estos nuevos calefones solares tuvieron un gran éxito comercial en los Estados Unidos. El colector estaba compuesto por una serpentina de cobre soldada sobre una chapa metálica pintada de negro, dentro de una caja aislada térmicamente con fieltro y con un vidrio plano en la parte superior.

    No necesitaba bomba recirculadora de agua porque aprovechaba la energía solar para activar la circulación del líquido por diferencias de temperaturas, lo que técnicamente ya vimos que se llama circulación por termosifón.

    Para garantizar suficiente agua caliente en épocas de mal tiempo o mucho uso, Bailey recomendaba añadir un calentador auxiliar. El sistema podía conectarse a una cocina de leña, un calentador a gas o un horno de carbón.

    Factores a tener en cuenta con los calentadores solares

    Como ya escribimos en la sección de desventajas, uno de los principales inconvenientes del calentamiento solar del agua es su costo inicial, partiendo desde aproximadamente el doble de un calentador eléctrico o a gas de alta eficiencia, hasta varios miles de dólares, incluyendo la instalación. Aunque estos números están constantemente bajando en la medida en que se adoptan estos sistemas masivamente.

    Una forma que tenemos para disminuir el costo sería instalar uno mismo el calentador solar, o incluso en algunos casos, construir el calentador en forma casera. Pero esto no es, en la mayoría de las veces, recomendado. Generalmente la gente recurre en estos casos a expertos en instalaciones sanitarias y en trabajo en altura, teniendo en cuenta que los sistemas suelen ubicarse sobre el tejado.

    Otra opción es buscar incentivos financieros federales (y en algunos casos estatales) para la instalación de calentadores solares de agua. Con esto, el coste final será seguramente mucho menor.

    Recuperar la inversión en calentadores de agua solares

    Es importante también tener en cuenta que la inversión que uno realiza, tarde o temprano, tiene que recuperarse. El tiempo que se tarda en amortizar la inversión inicial para adquirir e instalar estos sistemas depende, en primer orden, del lugar en el cuál se viva o se vaya a utilizar esta instalación.

    Otro factor importante es la cantidad de agua caliente que se utiliza diariamente y el costo local de la electricidad.

    Por ejemplo, si vives en una ciudad muy soleada (alto nivel de insolación), utilizas constantemente el agua caliente y el coste del gas o la electricidad es alto, vas a ahorrar más y podrías recuperar la inversión inicial en pocos años.

    Pero si estás en un lugar como Noruega, el coste de la energía eléctrica de red es baja, se utiliza poco la ducha, lavas la ropa en frío y los utensilios de cocina manualmente, tu ahorro anual no será tan significativo. En este caso, podría tardar una década o más en ver el rendimiento económico de su inversión, teniendo siempre en cuenta que la vida útil de un calentador solar con la mejor tecnología actual es de al menos 30 años.

    Otros puntos a considerar

    Algunos puntos más a considerar antes de adquirir un calentador solar para el agua domiciliaria son:

    • La temperatura: Si vive en un lugar muy frío, los modelos de calentadores directos (por lotes, termosifón y directo-activo) podrían no ser una opción debido al riesgo de congelación.
    • Orientación del hogar: Para tener una instalación eficiente, debe tener una ubicación para el montaje del sistema con una exposición al sol considerable; una vivienda en el medio de una ciudad podría no tener las condiciones necesarias debido a la sombra que podrían producir otras construcciones o incluso la vegetación que tiene a su alrededor.
    • La calidad del agua: Si el agua de su casa es especialmente dura o ácida, puede que no sea un candidato, por ejemplo, para un sistema activo. El agua dura o ácida puede llegar a corroer algunos sistemas de circulación de agua. En estos casos, debe buscar soluciones más específicas y, por consiguiente, con un coste más alto.
    • Requisitos de energía: Dado que los sistemas activos dependen de maquinaria eléctrica, no funcionarán durante un corte de luz. Existen en el mercado soluciones basadas en energía solar fotovoltaica para hacer funcionar el sistema eléctrico de recirculación, pero también se debe considerar su costo.
    • Normas de construcción: Algunas zonas, como las propensas a los terremotos, tienen límites estrictos de peso para los equipos montados en los tejados. Un calentador de agua solar podría ser demasiado pesado y debe ser considerado.

    Estado de desarrollo de la energía solar térmica

    Actualmente los sistemas solares térmicos de baja temperatura (inferior a 100°C) han alcanzado la madurez tecnológica. Estos sistemas son suficientes para suplir aproximadamente dos tercios del consumo energético para agua caliente, tanto sanitaria como industrial. Son sistemas tecnológicamente sencillos, fáciles de instalar y que se amortizan en pocos años.

    La aplicación más generalizada de los sistemas solares es la generación de Agua Caliente Sanitaria (ACS), tanto de uso doméstico (duchas, lavado de ropa, cocina, etc), como comercial o industrial (hoteles, restaurantes, fábricas, etc.).

    Sin embargo, no es todavía una aplicación extendida el uso de energía solar para calefacción, debido a que cuando las necesidades son máximas es cuando las condiciones meteorológicas resultan más adversas. De cara al futuro se están introduciendo mejoras técnicas mediante captadores solares especiales y avanzando en aspectos de diseño en la instalación de calefacción por «suelo radiante».

    En conclusión

    Como ocurre con los sistemas de energía solar en general, un calentador de agua solar puede ser o no ideal para sus circunstancias particulares. Pero ofrece algunas ventajas significativas que podrían hacer que valga la pena el esfuerzo económico para instalarlo y hacerlo funcionar.