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Introducción a la energía solar fotovoltaica y térmica

Las nuevas normativas europeas que se han introducido recientemente nos han obligado a replantearnos el tipo de energía que utilizamos en la actualidad. Tanto para la climatización del hogar como para la obtención de agua caliente sanitaria. Frente a los contaminantes combustibles fósiles, las fuentes de energía renovables no son solo una opción que nos permite un ahorro mayor, sino que también son más respetuosas con el medio ambiente. Una de ellas es la energía solar fotovoltaica, con las tradicionales placas solares, o la energía solar térmica. En este artículo vamos a profundizar en estos conceptos.

Qué son la energía solar fotovoltaica y la energía solar térmica

Cuando hablamos de energía solar hacemos referencia al aprovechamiento de los rayos provenientes del sol. Con ella, es posible proporcionar calefacción a la vivienda, refrigerarla en las estaciones de más calor y también obtener agua caliente sanitaria, entre otras muchas utilidades.

La energía solar, tanto la energía solar fotovoltaica como la energía solar térmica, como veremos más adelante, son fuentes de energía renovables. Esto es, son un recurso natural que no produce emisiones tóxicas dañinas para el medio ambiente. Además de ello, no son limitadas, ya que de manera continuada podemos obtener calor de los rayos solares.

Por el contrario, los combustibles fósiles que todavía hoy se utilizan como energía principal en España son limitados. Para poder regenerarse es necesario que pasen una cantidad de años que no es compatible con la velocidad a la que se extraen o el tiempo de vida humana. Aunque la vida del sol también tiene un fin, según la ciencia lleva en activo unos cinco mil millones de años. Sin embargo, su radiación solar no ha llegado aún a la mitad de su capacidad, por lo que todavía puede continuar la misma cantidad de tiempo.

En España, la utilización de las placas solares es todavía bastante escasa, ya que en nuestro país no se potencian las energías renovables lo suficente. No obstante, y como decíamos en la introducción, el Acuerdo 20/20/20 ha puesto cierta presión por acelerar el proceso, ya que para el 2020 debe incrementarse el uso de estas fuentes en un 20%.

Dentro de todas ellas, la energía solar fotovoltaica y la energía solar térmica son las opciones más populares. Pero debido a que su eficiencia y su rendimiento no son lo suficientemente elevados en comparación con otros sistemas de climatización, la mayoría de las viviendas siguen decantándose por los tradicionales.

Energía solar fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica entra dentro de la categoría de energía solar activa. Su funcionamiento es bastante sencillo y es el que probablemente nos resulte más familiar. A partir de la radiación solar se obtiene electricidad, y esta es utilizada bien para proporcionar calefacción, como climatización o también agua caliente sanitaria.

Las placas solares funcionan como un dispositivo semiconductor que recibe el nombre de célula fotovoltaica. También puede utilizarse una deposición de diferentes metales sobre un sustrato que se denomina célula solar con película fina.

La energía solar fotovoltaica logra aprovechar el efecto fotovoltaico, y a partir de ahí generar corriente eléctrica. Esta corriente es continua que al ser tratada se convierte en alterna. Puede así utilizarse para el suministro de electricidad en una instalación autónoma, o también suministrarse de manera directa a la red eléctrica.

Las placas solares que se utilizan en la energía solar fotovoltaica llevan una asociación de células que van encapsuladas en dos capas. Una consistente en una lámina de vidrio frontal y otra posterior de polímero termoplástico. Toda esta estructura se inserta en otra de aluminio. De este modo, lo que conseguimos es aumentar la resistencia mecánica de las placas solares en su conjunto. Así se facilita también el anclaje de dicho módulo en los soportes de sujeción.

Hay que decir que las placas solares que se basan en la energía solar fotovoltaica no logran generar un calor que pueda reaprovecharse. Por ello, se han creado las placas solares híbridas, cuya finalidad es generar de forma simultánea energía térmica y eléctrica. Las placas solares de energía solar fotovoltaica se utilizan en gran medida para la electrificación rural, así como para el autoconsumo en una instalación solar sencilla de azotea.

Energía solar térmica

La segunda de las opciones de la tecnología solar es la energía solar térmica. En este caso, se aprovecha la radiación solar mediante colectores solares o placas solares térmicas. Estas serán las encargadas de calentar el agua. Y a su vez esta se utilizará bien para obtener agua caliente sanitaria directamente o bien para el suministro de calefacción a la vivienda.

La energía solar térmica o energía termosolar puede emplearse también para producir energía mecánica. A partir de esta se obtiene la eléctrica. Otra finalidad de la energía solar térmica, tal y como sucede en la energía fotovoltaica, es la de alimentar a una máquina de refrigeración mediante la absorción. Con ella se produce frío a partir del calor, en vez de utilizar electricidad como sucede normalmente. Por lo tanto, aunque sea una paradoja, es posible obtener frío a partir del calor.

Los colectores de la energía solar térmica se clasifican en diferentes tipos. Así, podemos distinguir entre colectores de baja, media y alta temperatura. Cada uno de ellos tiene una funcionalidad diferente. Los de baja temperatura trabajan por debajo de los 65º; los de media entre 100 y 300º y los de alta por encima de los 500º.

Los beneficios de utilizar placa solares, tanto de energía solar fotovoltaica como de energía solar térmica, son la reducción en el consumo eléctrico, y por lo tanto, la reducción del importe de las facturas a pagar. Además, resultan menos contaminantes y tienen una vida útil larga. Otro factor a destacar es el de la independencia que nos permiten con el consumo.

En la actualidad, y como medida para impulsar el desarrollo del uso de las placas solares, existen subvenciones en nuestro país para quienes apuestan por esta tecnología. Aunque debe mejorar, es la principal elección en las energías renovables.

Las placas solares

Las placas solares también reciben el nombre de paneles y módulos y podemos distinguir entre las placas fotovoltaicas y las placas solares térmicas. A continuación vamos a ver los tipos de cada una de ellas.

Placas solares fotovoltaicas

Las placas solares fotovoltaicas utilizan, como su nombre indica, la energía solar fotovoltaica. Hoy en día, se han mejorado los métodos de producción, así como sus elementos, y podemos encontrar una amplia variedad de productos.

Las más comunes son las placas solares de celdas de silicio o también ingots. Sin tener que realizar ningún tipo de mantenimiento, su vida útil puede llegar a superar los 30 años. Por ello, las empresas instaladoras suelen ofrecer una garantía de 25 años y un rendimiento del 80%.

Dentro de las placas solares de energía solar fotovoltaica podemos distinguir también entre los monocristalinos y los policristalinos. Aunque la diferencia entre ellos es mínima, los primeros ofrecen una eficiencia más elevada en condiciones estándar. Esto puede afectarnos cuando el espacio que tenemos disponible es pequeño. Las placas solares policristalinas resultan más baratas, ya que responden a una producción que es menos exigente.

Estas últimas, tienen una pérdida de eficiencia menor cuando las temperaturas son elevadas. Y por lo tanto su producción de energía es además mayor cuando se dan estas circunstancias. Por otra parte, la pérdida que se produce por la degradación de la luz es también más baja en las placas solares policristalinas.

Placas solares térmicas

Dentro de las placas solares térmicas que se utilizan encontramos cuatro tipos. Estos se diferencias tanto en la tecnología que utilizan como en los colectores. En primer lugar encontramos aquellos que utilizan la circulación natural para la calefacción. Este sistema incluye un termosifón que, con la gravedad, hace circular el agua u otro líquido que transfiere el calor del colector al tanque de acumulación de agua. El líquido caloportador que se calienta, se eleva a la parte alta del circuito y luego se enfría, volviendo al fondo del colector. Para obtener un buen rendimiento el tanque debe estar al lado o por encima del colector. Se emplea en climas fríos que no llegan a helar.

El segundo tipo dentro de la energía solar térmica es el de circulación forzada. Producen agua caliente para pequeñas comunidades y viviendas unifamiliares con capacidades de los 150 a los 10.000 litros, por lo que también abastecen, centros médicos, hoteles, campamentos, calefacción por suelo radiante, etc. Son muy seguros, con una vida útil larga y muy eficientes en grandes volúmenes. Se utilizan sobre todo en el norte y centro de Europa.

El tercer tipo de sistema por energía solar térmica es el de vaciado. Similar a los de circulación forzada, pero la bomba eléctrica en este caso utiliza provoca el vaciado del circuito en un deposito auxiliar cuando las condiciones pueden provocar averías. De esta forma se asegura la integridad del todo el conjunto. Y cuando las condiciones dejan de ser criticas, el sistema debe llenarse de nuevo con el liquido caloportador. Esta operación puede realizarse de forma manual o de forma automática. Su principal ventaja es que impiden el sobrecalientamiento del sistema, evitando posibles averías.

Por último encontramos las placas solares termodinámicas. Este sistema combina la energía solar térmica del colector con una bomba de calor. Pueden producir ACS y calor tanto de día como de noche, con independencia de las condiciones climáticas. Pueden integrarse tanto con la energía solar térmica como con la energía solar fotovoltaica.

Para los requisitos térmicos bajos, la circulación natural es la opción más eficiente en relación con su coste. Para las necesidades medias, el sistema de vaciado o la circulación forzada son los adecuados. Y para los rendimientos más elevados, nos decantaríamos por las placas solares termodinámicas.

Características paneles solares fotovoltaicos y térmicos

En el siguiente cuadro se muestran de forma resumida las principales características de los dos tipos de placas solares.

Fotovoltaicos

Térmicos

  • Funciona absorbiendo la energía solar y transformándola en electricidad.
  • Elaborados a partir de silicio.
  • Tecnología más compleja.
  • Vida útil de 20 años o más.
  • Su eficiencia es únicamente del 15% cuando no se trata de un sistema híbrido. Por ello, estos últimos son los que suelen utilizarse para alternar con la corriente eléctrica.
  • Calienta agua a través de la energía térmica.
  • Lleva un líquido en su interior que se calienta rápidamente al reaccionar con la radiación térmica. Gracias a este hay suministro de agua caliente incluso en días fríos.
  • Tecnología más sencilla
  • Vida útil de 10 años aproximadamente.
  • Eficiencia media del 90%, variable según tecnología y climatología.