Un calentador de agua solar es un dispositivo de captación de energía solar destinado a suministrar parcial o totalmente agua caliente sanitaria (ACS).
Cuando se destina a una vivienda individual o al uso de una sola vivienda, hablamos de CESI, para “calentador de agua solar individual”.
Este tipo de calentamiento de agua suele permitir complementar otros tipos de calentamiento de agua, aprovechando otras fuentes de energía ( electricidad , combustibles fósiles , biomasa , etc. ); en determinadas condiciones, permite que se sustituyan por completo. Al ser la energía solar renovable, este tipo de calefacción permite reducir eficazmente las emisiones de gases de efecto invernadero o la producción de residuos nucleares , por lo que muchos Estados y comunidades fomentan la instalación de tales dispositivos a través de impuestos , bonificaciones y / o Obligación de instalación en construcciones nuevas.
La participación de la energía solar corresponde a la tasa de cobertura solar, es decir, la relación entre la energía suministrada por la parte solar de una instalación y el consumo total de la instalación. En Europa occidental , un calentador de agua solar permite aproximadamente dos tercios (66%) de ahorro en las necesidades de agua caliente, ya sea para viviendas individuales (calentadores de agua solares individuales (CESI)) o estructuras colectivas (calentador de agua solar colectivo (CSC)).
En los países mediterráneos (por ejemplo, Grecia , Turquía , Israel ), ciertos países de Asia (como toda China, donde la luz del sol no es regular en Beijing, 2.555,9 / 8.760 horas de sol al año, frente a 1.661,6 en París para ejemplo), pero también más soleado, como el Caribe , son habituales los calentadores de agua solares; dada la insolación regular e intensa, así como una temperatura ambiente elevada, el equipo es mucho más sencillo, consistiendo frecuentemente en un simple tanque de techo, no aislado térmicamente, que hace uso de un colector solar al mismo tiempo que el tanque de agua caliente.
Existen principalmente tres tipos de paneles solares térmicos:
colectores de panel plano no vidriado el agua circula en un tubo absorbente, generalmente pintado de negro y al aire libre; colectores planos acristalados un fluido caloportador circula en un tubo absorbente, dentro de una caja, vidriado por el lado expuesto al sol y aislado por los demás. Estos sensores, simples y eficientes, se pueden construir por sí mismos; colectores de tubos de vacío estos sensores son más complejos porque cada elemento está formado por dos tubos de vidrio concéntricos, aislados al vacío. El fluido caloportador circula en un dispositivo colocado en el tubo central. El muy buen aislamiento térmico que proporciona el vacío limita las pérdidas, lo que permite alcanzar temperaturas más altas cuando la diferencia de temperatura con el exterior es importante, especialmente en invierno o en climas fríos. Los tubos están revestidos internamente para capturar hasta el 80% de la energía solar .Un calentador de agua solar se compone de varios componentes :
colectores o paneles solares térmicos que captan la energía de la radiación solar calentando un fluido caloportador (agua o anticongelante) en un circuito primario . Este último es el encargado de transportar el calor recuperado al depósito, a través de un circuito primario. un tanque o tanque de agua caliente en donde un volumen de agua es calentado por el fluido caloportador a través de un intercambiador de calor, a menudo un serpentín de cobre . Coexisten dos funciones: el intercambiador de calor y el almacenamiento de agua caliente secundaria. En el caso de la autoconstrucción, por lo tanto, puede ser en 2 partes: 1 intercambiador de calor y un tanque de agua caliente, esto puede permitir la reutilización de un cúmulo. un circulador Si el depósito se coloca más alto que el panel solar, no es necesario utilizar una bomba, el agua caliente sube de forma natural, como ocurre con la calefacción central tradicional. El agua se hace circular en el circuito primario por termosifón cuando la temperatura del agua en el panel es lo suficientemente alta, comparada con la del resto del circuito primario, para iniciar la circulación. De lo contrario, si el tanque es más bajo que el colector solar, se necesita un circulador. Consiste en una bomba accionada por un motor eléctrico , entonces es una "circulación forzada". un tanque de expansión en el circuito primario, garantiza la seguridad del equipo, permite compensar la expansión térmica del fluido. Toma la forma de un pequeño depósito de metal que contiene una bolsa de goma con un volumen más pequeño pero expandible; una válvula de seguridad es imprescindible en un circuito cerrado, si no está integrada en él. Un vaso de expansión al aire libre (simple recipiente de plástico) colocado en el punto alto resuelve los problemas de expansión y seguridad en caso de sobrecalentamiento (no hay drenaje del fluido caloportador). El vaso de expansión puede ser reemplazado directamente por el contenedor del intercambiador de calor en el caso de un sistema de " drenaje hacia atrás " o autodrenaje, por lo tanto a presión atmosférica; un calentador auxiliar Puede integrarse en el depósito en forma de resistencia eléctrica o ponerse en paralelo: conexión a una caldera de gas, gasoil o leña. Es útil cuando la energía solar no es suficiente para las necesidades, es decir, durante la temporada de frío, en tiempo nublado, o durante el paso de personas del exterior o durante eventos. El relleno se puede evitar (muy excepcionalmente en regiones de clima templado u oceánico) con una instalación más grande para compensar los huecos o adaptando la forma en que se utiliza el agua caliente . protección contra las heladas en invierno, si el circuito primario es agua, puede ser necesario vaciar el circuito y detener su suministro de agua, para evitar daños por heladas. Para evitar este inconveniente, es preferible utilizar un líquido caloportador constituido por un anticongelante alimentario como el tyfocor, la otra solución consiste en poner el circuito primario a presión atmosférica.Hay tres tipos de instalación:
La alfombra solar es simplemente una alfombra negra colocada plana en la que circula el agua a calentar, a través de tuberías o ranuras. Generalmente es flexible y extraíble. Se utiliza cuando el volumen de agua requerido es bajo o cuando una temperatura baja es suficiente. La eficiencia depende de la luz solar pero también de la temperatura del aire. Por lo tanto, este sensor extremadamente simplificado es perfecto para calentar piscinas (muy utilizado en Alemania: techado de la piscina municipal en Rheda-Wiedenbrück, pero los fabricantes franceses también ofrecen kits) o duchas de camping . Un globo de agua negro que cuelga, por ejemplo, de un árbol, también es una buena ducha ecológica para acampar.
El sistema de circulación de termosifón es el más simple; basado en el principio según el cual el agua caliente, debido a su menor densidad tiende a subir de forma natural, requiere que el tanque de almacenamiento se coloque más alto que los colectores.
Si el tanque se ubica por encima del colector, cuando los colectores están expuestos al sol oa cierta cantidad de luz, se establece una circulación natural: el fluido caloportador caliente, ubicado en las bobinas de cobre, asciende hacia el tanque de almacenamiento, da aumentar sus calorías antes de volver a la parte inferior del sensor. La circulación continúa mientras el agua contenida en el colector esté más caliente que el agua en el tanque.
Algunos modelos comerciales pequeños utilizan el sistema de termosifón: del tipo "monobloque" o "compacto", integran sensores y tanque en la misma estructura.
Ventajas precio, sencillez, facilidad de conexión, ahorro energético. Desventajas En el sistema monobloque, al estar el depósito situado en el exterior como los sensores, sufre más pérdidas (riesgo de congelación). Además, al ser el conjunto bastante voluminoso, es difícil integrarlo en el hábitat (criterio estético).Por estos motivos, este sistema es muy utilizado en zonas de clima cálido (Caribe, Reunión, cuenca mediterránea, etc. ) en cubiertas horizontales tipo terraza, o en el suelo.
Dependiendo de la distribución del edificio, es posible protegerse contra las heladas (y problemas estéticos) montando el globo en el interior del ático (siempre más alto que los sensores para la circulación del termosifón), con los sensores en la parte inferior del techo o en un muro al sur.
La gran ventaja del termosifón , creado por el calentador de agua solar, es su fiabilidad y simplicidad técnica: sin bomba, sin válvula de retención , sin sensores térmicos, sin regulador electrónico. El sistema funciona sin electricidad, sin ningún otro aporte energético que no sea la solar (siendo el "motor" de circulación del fluido caloportador la diferencia de temperatura entre el colector y el depósito).
Por otro lado, su realización " in situ " requiere un mínimo de know-how: además de la restricción de las posiciones relativas de los colectores y del tanque, los diámetros de tubería del circuito primario deben ser un poco mayores para limitar la pérdidas de presión tanto como sea posible., y tampoco debe estar en contra de la pendiente.
El sistema de circulación forzada es más complejo, pero ofrece la mayor flexibilidad de instalación y facilita la integración armoniosa en el edificio. Esta familia en sí comprende dos subfamilias de productos: los denominados sistemas autodrenantes y los sistemas convencionales no autodrenantes.
En los sistemas de autodrenaje, un depósito recoge el agua que circula por el circuito en cuanto el circulador deja de funcionar: el agua del panel fluye así hacia el depósito, sustituida por el aire presente en el circuito. En caso de heladas, no hay necesidad de protección ya que la parte de la red exterior ya no está en el agua, sino que está llena de aire. Por tanto evitamos el fluido caloportador anticongelante, esto es lo que buscan los seguidores de esta solución, un poco más restrictiva que las siguientes en cuanto a instalación se refiere.
En el circuito de circulación forzada 'clásico', el circuito primario (paneles, intercambiador de tanque) está completamente lleno de anticongelante: es, con mucho, el más flexible en términos de instalación de los paneles y el tanque, y por esta razón el más extendido en Europa. .
Las temperaturas del sensor y del tanque son tenidas en cuenta por una regulación electrónica que controla la bomba de circulación del fluido caloportador, siendo este último circulado cuando la temperatura del sensor es superior a la del tanque.
En comparación con el sistema de termosifón, el mayor caudal del fluido caloportador asegura temperaturas más bajas en todo el circuito primario, reduciendo así las pérdidas de calor y mejorando así la eficiencia.
Esta configuración ofrece más posibilidades en cuanto a la ubicación del globo, ya que este último ya no tiene que situarse necesariamente por encima de los sensores, lo que permite adaptarse más fácilmente a las limitaciones del edificio. Luego, el tanque se coloca con mayor frecuencia en el sitio o además del calentador de agua eléctrico o al lado de la caldera existente para facilitar el respaldo.
Deben tenerse en cuenta dos tipos de precauciones:
El sistema de calefacción de respaldo es necesario para tener agua caliente disponible incluso durante los períodos de poca luz solar. Es posible prescindir de él, pero esto conduce a una instalación más grande, principalmente un tanque mucho más grande, ya que debe poder proporcionar agua caliente durante los períodos grises. Un sistema de calefacción auxiliar, del tipo de caldera de gas o eléctrica, es una solución interesante desde el punto de vista económico.
A continuación, existen tres posibilidades para colocar este calefactor auxiliar:
El posicionamiento y orientación de una instalación solar puede resultar más o menos difícil de optimizar. La primera pregunta es si deberíamos favorecer una temporada sobre otra.
En general, conviene favorecer la estación fría, porque es allí donde mayor necesidad de calor. Esto es particularmente cierto para la calefacción solar (radiador) que solo se necesita durante el invierno.
Por otro lado, optimizar un calentador de agua solar según una temporada es menos importante porque el agua caliente sanitaria se consume durante todo el año. Sin embargo, un calentador de agua de tamaño razonable orientado al sol del invierno seguramente podrá proporcionar agua caliente el resto del año.
En el caso de un camping utilizado solo en verano, una optimización en el sol de verano permite subdimensionar los sensores a costa de una contribución en invierno que se reduce doblemente por el pequeño número de sensores y por la mala optimización. . de inclinación.
Un calentador de agua solar es un sistema técnico sensible. Además de las conexiones técnicas, la configuración y la instalación, la exposición de los paneles debe considerarse cuidadosamente para maximizar el rendimiento.
La orientación debe maximizar la exposición al sol, estar al sur en el hemisferio norte (y viceversa), al menos entre el suroeste y el sureste. La inclinación también es importante para el rendimiento. Aunque sujeto a las limitaciones del edificio (como la integración en el techo), la ubicación en la fachada es técnicamente óptima. Optimiza la inclinación para el invierno y así evita el sobrecalentamiento en verano.
Ejemplos de inclinación óptima del techo en Francia continental para una orientación sur:
Una orientación que se desvía del sur, aunque sea ligeramente, todavía verticaliza las inclinaciones óptimas.
También se debe tener cuidado para minimizar las sombras de los objetos vecinos (edificios, árboles, colinas, etc. ). Cada instalación deberá estudiarse caso por caso de acuerdo con las limitaciones locales. Habrá que tener en cuenta las sombras invernales que son más largas que las del verano, sin embargo algunos árboles pierden sus hojas y por tanto dejan pasar el sol.
Cuando la vista es despejada en el lado sur (campo), el óptimo invernal suele llevar a instalar los sensores en la fachada a una altura suficiente para evitar sombras invernales (cobertizo, pérgola, valla, arbusto). Por lo tanto, los sensores se colocan justo debajo de la canaleta para un techo normal y justo arriba para un techo de mansarda (en una pendiente pronunciada).
En un entorno muy urbanizado, muy arbolado (seto alto), o en un terreno empinado, solo las mayores alturas pueden escapar de las sombras proyectadas por los obstáculos del entorno. Por tanto, los sensores se colocarán en el punto más alto, es decir, en el techo.
En latitudes altas, un buen desempeño impone las siguientes limitaciones:
Reglas que deben observarse para la instalación de paneles solares para calentadores de agua en Francia:
El tiempo de recuperación depende de la eficiencia de la instalación (la cantidad de energía que ahorra), el costo de la energía que reemplaza y el costo de la inversión. Si compra equipo comercial instalado por un artesano, en ausencia de bonificaciones y otras ventajas, a veces se tarda unos veinte años para amortizar el costo, esta duración varía mucho en función de la zona geográfica y la cantidad de sol. Pero si tenemos en cuenta el régimen fiscal y las bonificaciones que esta facilidad permite obtener en determinados estados o regiones, este período de retorno de la inversión se puede reducir considerablemente.
Si un enfoque financiero de este tipo es el más extendido, sin embargo, hay que ponerlo a la baja: cada vez más artesanos 'motivados' le ofrecen instalaciones de calidad a precios asequibles, mientras se encargan del tiempo para recuperar su inversión. su cliente; y para los entusiastas del bricolaje, ahora hay proveedores de kits de bricolaje. De repente, el retorno de la inversión, excluidas las primas estatales en el segundo caso, está más en un rango de 4 a 8 años.
El equipo debe estar etiquetado como Solar Keymark o CST-bat para poder beneficiarse del crédito fiscal (32% del precio del equipo sin impuestos excepto por otras ayudas existentes) y para que un instalador autorizado lo instale " Qualisol ”(carta profesional al respecto) para poder beneficiarse de otras reducciones y subvenciones existentes a nivel regional, departamental y local.
Las ventajas fiscales que otorga el Estado en materia de instalación solar son numerosas:
Sin embargo, estos subsidios pueden causar algunos problemas:
Las dificultades de los trámites administrativos, la obligación de pasar por un artesano que no siempre está muy bien cualificado a pesar de la formación, y los precios cobrados han llevado a algunas personas a hacerlo ellos mismos sin ayudas estatales. El balance económico a veces es interesante al ofrecer además la posibilidad de ser más modular y extender la construcción y por lo tanto la financiación a lo largo de varios años (por ejemplo, aumentando gradualmente la superficie de los costosos sensores a la superficie planificada al inicio). Para facilitar esto, se lleva a cabo una importante ayuda mutua entre "autoconstructores" y se han creado asociaciones de ayuda mutua como APPER que organiza pedidos agrupados de material permitiendo una importante reducción de los costes de material.
Cabe señalar que los precios de los colectores y demás elementos que componen los sistemas solares térmicos llevan 10 años bajando, sin embargo productos que son, siempre que elija bien su proveedor, de calidad .
Para instalaciones colectivas de más de 50 m 2 , ADEME impone la monitorización de las instalaciones solares por un organismo independiente con el fin de asegurar la garantía de resultados solares (GRS).
Crédito fiscal para una instalación de calentador de agua solar individual (en Francia)En Francia, existe ayuda financiera del Estado para la instalación de un sistema de producción de energía renovable como el calentador de agua solar. Esta asistencia se emite en forma de crédito fiscal .
Si la ayuda territorial es generalmente de aplicación inmediata relativa a una instalación solar para agua caliente sanitaria, el crédito fiscal se aplica a la declaración sobre la renta del año siguiente.
También es de aplicación para los contribuyentes que no están sujetos a impuestos, en cuyo caso reciben un cheque correspondiente a su importe directamente en su domicilio.
La compra de un calentador de piscina con colectores solares es elegible para un crédito fiscal del Gobierno de Quebec, que ha puesto en marcha un programa que tiene como objetivo alentar a las personas a optar por un calentador de piscina más ecológico. El costo de adquirir un sistema de calefacción de este tipo varía según el tamaño de la piscina a calentar. La cantidad asignada como crédito fiscal por el gobierno de Quebec supera en un 20% la cantidad establecida por el programa .
Suiza ha apostado por otra forma de repartir las ayudas públicas, de hecho las instalaciones están certificadas tras la fabricación y tras una breve formación. Las personas pueden hacerlo por sí mismas y seguir beneficiándose de la ayuda si sus instalaciones aprueban la certificación.