Sistemas de calentamiento
Hay varios sistemas de conseguir calentar el agua por el sol, aunque la mayoría se basan en la utilización de colectores solares planos.
Instalación con colectores y acumulación independiente
Se utilizan colectores solares planos y a veces otros tipos, como el de tubos de vacío, aunque los planos suelen ser bastante más baratos debido a que se fabrican en grandes series. Los colectores se conectan a un depósito acumulador[20] que, como media, tendría la capacidad de agua necesaria para un día de uso (entre unos 22...30 L/día por posible habitante del edificio y a 60 °C de temperatura).
La conexión de los colectores se hace, normalmente, con un circuito específico (circuito primario), que recorre un caloportador, y va a un intercambiador en el depósito acumulador. Este circuito independiente tiene dos importantes ventajas:.
La regulación del funcionamiento del circuito primario se hace mediante un aparato llamado termostato diferencial. Consta de una centralita electrónica y de dos sondas térmicas; las sondas se sitúan, una a la salida de los colectores y otra en el depósito acumulador, y envían la medida de las temperaturas de cada uno de esos puntos a la centralita que las compara: cuando la temperatura de los colectores es superior a la del depósito, pone en marcha la bomba de recirculación, en caso contrario, la para. En lugares poco fríos, en que las heladas son raras, el termostato diferencial puede poner en marcha la bomba cuando la sonda de los colectores registra temperaturas iguales o inferiores a 4 °C, calentando los colectores con el agua acumulada y se evita poner anticongelante, que es caro; no es conveniente usar esta posibilidad en lugares de heladas frecuentes pues puede enfriarse demasiado el agua acumulada y helarse los colectores.
Como se ha dicho, no es económico ni práctico hacer una instalación capaz de dar en cualquier momento la energía necesaria para el calentamiento del agua, por lo que hay que añadir a este sistema una energía auxiliar. Por razones de economía energética, deben utilizarse dos acumuladores independientes; en el primero se calentará el agua por energía solar exclusivamente y en el segundo entrará el agua precalentada y, si fuera necesario, se recalentará hasta la temperatura de distribución (normalmente 60 °C) mediante una energía auxiliar. Efectivamente, la potencia con que calienta el sol es mucho menor que la que tiene cualquier sistema de calentamiento por energías corrientes y eso quiere decir que, si el intercambiador de energía auxiliar estuviera en el depósito, se calentaría el agua con la energía auxiliar mucho más deprisa que con el sol y el termostato diferencial pararía la bomba, salvo que los colectores alcancen una temperatura alta, condiciones en los que los colectores tienen menor rendimiento. Si el recalentamiento se produce en otro depósito, el sistema de colectores aprovecha completamente la capacidad del sol en todo momento. Es una instalación más cara, pero se amortiza en poco tiempo. Y efectivamente, en el caso de la normativa española, está prohibido añadir esta energía en el mismo depósito donde se ha acumulado el agua calentada por medios solares.[21].
También puede usarse un calentador de los llamados instantáneos, que debe ser de tipo modulante, con el que no sería necesario el segundo acumulador.
Calentador solar "autónomo"
Se trata de dispositivos que permiten captar la energía del sol y transferirla al agua, en general en un solo aparato, con los dispositivos necesarios. El agua calentada se guarda en un depósito de acumulación y puede consumirse directamente o conectarse en serie con un calentador auxiliar.
Entre hay dos tipos: En uno de ellos, los paneles tienen una placa receptora y tubos por los que circula un líquido caloportador adheridos a ésta. El receptor (generalmente recubierto con una capa selectiva oscura) capta la radiación solar calentándose, mientras que el agua que circula por los tubos transporta el calor hacia el depósito acumulador. El depósito está situado a una altura mayor que el colector (figura de la izquierda), de modo que el agua circula por termosifón: al calentarse aumenta de volumen y pierde densidad, de modo que asciende al acumulador, mientras que la más fría, de mayor densidad, baja por otro conducto por la parte de atrás, hacia el colector, donde se calienta. Es un aparato sencillo y con buenos rendimientos, con algunas salvedades. No funciona bien el lugares donde haya heladas serias (no se puede poner anticongelante, puesto que el agua que circula es la de consumo) y tampoco en lugares donde el agua sea dura, por las razones dichas más arriba.
El segundo tipo es mucho más sencillo (figura de la derecha) y, si se fabrica en cierta cantidad más barato. Hay varias versiones, más o menos semejantes. Una de ellas consiste en un depósito pintado de negro con unas cubiertas reflectoras que se abren durante el día para recoger una mayor cantidad de sol, y se cierran por la noche para aislar el depósito de pérdidas de calor. El depósito puede tener una cubierta trasparente para aumentar el efecto invernadero.
En estos dos tipos puede añadirse después un sistema de recalentamiento con un depósito auxiliar, o un calentador modulante, como en el caso anterior.
Otra variante mucho más sencilla y económica, consiste en una bandeja pintada de negro, con una cubierta de polietileno flexible. Por las mañanas se llena de agua, inflando la cubierta como un globo, y por las noches se vacía para utilizar el agua caliente. Con este sistema se evita el problema de las heladas, pero implica estar atento a los llenados matutinos y vaciados vespertinos.
Calentador solar sin cubierta
No se usa especialmente para calentar agua de usos sanitarios, pero es un sistema de calentamiento barato para usos estacionales, como el calentamiento de piscinas. Se trata de una superficie de goma, materiales plásticos o tejidos impermeables, de color negro, que tiene un circuito de agua formado por el propio material. Se extiende sobre una superficie exterior y se hace circular el agua por el circuito. Como ejemplo del funcionamiento de este sistema, puede citarse el efecto que el sol hace en una manguera puesta al sol y llena de agua: cuando se abre el grifo al que está empalmada, los primeros litros, los que estaban contenidos en ella, al sol, salen calientes, tanto más cuanto más oscuro sea al color del material de la manguera y cuanto más tiempo haya permanecido la manguera al sol.
Como se ha dicho, puede usarse en piscinas y, cuando llega el fin de la estación de baños, se recoge y guarda hasta el verano siguiente. Puede servir también para calentar las duchas de un campamento.
Es económico y no requiere demasiados cuidados. En las piscinas se puede hacer funcionar con las mismas bombas que hacen funcionar la depuradora, y en las duchas hará falta poner una, que puede ser pequeña, con poco consumo de energía.