Fotovoltaica con varilla calefactora: cómo generar agua caliente con energía solar
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Stefano Fonseca es un ingeniero de energía y medio ambiente con más de seis años de experiencia en equipos técnicos de construcción (TGA). Combina la experiencia técnica con la pasión por la comunicación comprensible. Durante más de cinco años, ha escrito como editor independiente sobre energía renovable y vida sostenible, en particular sobre la energía fotovoltaica y las bombas de calor.
Usar energía solar para calentar agua: ¿es posible sin una bomba de calor? Cualquier persona con un sistema fotovoltaico puede convertir el exceso de energía directamente en agua caliente con una simple varilla calefactora. En este artículo, aprenderás cómo funciona el sistema, cuánto cuesta y cuándo vale la pena.
¿Qué es un elemento calefactor fotovoltaico y cómo funciona?
Una varilla calefactora fotovoltaica es un elemento calefactor eléctrico que utiliza la energía solar de un sistema fotovoltaico para calentar el agua. El elemento calefactor se encuentra directamente en el tanque de agua caliente o tanque de compensación y se activa mediante un controlador o un administrador de energía tan pronto como haya un exceso de energía fotovoltaica disponible. De esta forma, puede aumentar el autoconsumo de la planta fotovoltaica.
Diseño del sistema: así es como se integra el elemento calefactor en el sistema fotovoltaico
Un elemento calefactor fotovoltaico se puede integrar en un sistema fotovoltaico de varias maneras. Es crucial que el exceso de energía solar se utilice específicamente para calentar el agua.
Sistema DC
La solución más sencilla pero técnicamente más exigente es la conexión directa al generador fotovoltaico (sistema de corriente continua). El elemento calefactor funciona directamente con la corriente continua de los módulos solares; no se requiere un inversor. Esta variante ahorra costes y pérdidas de conversión, pero requiere que el elemento calefactor se adapte exactamente a la tensión de los módulos solares. Por regla general, para este propósito se utilizan elementos calefactores de corriente continua especiales con una tensión nominal de alrededor de 120 a 350 voltios. Los módulos alimentan la electricidad directamente al elemento calefactor, que calienta el agua directamente en el tanque. Los componentes de seguridad, como los disyuntores de corriente continua y la protección contra sobretensiones, son absolutamente necesarios, al igual que un diseño cuidadoso.
Sistema AC
Una alternativa muy extendida es la conexión a través de la red AC. Aquí, la energía solar se alimenta primero a la red doméstica a través de un inversor. Luego, la varilla calefactora funciona a 230 voltios, como cualquier otro dispositivo eléctrico. Esta solución es fácil de integrar en los sistemas fotovoltaicos existentes y permite el uso de la energía de la red cuando el rendimiento fotovoltaico es insuficiente. El elemento calefactor se instala en el depósito y se enciende mediante un relé o un temporizador; el control se realiza a menudo de forma manual o con una tecnología sencilla.
gerente de energía
La solución más eficiente y conveniente es la integración mediante un administrador de energía o un control inteligente del elemento calefactor. En este caso, un sistema inteligente monitorea el flujo de electricidad en el hogar y detecta cuándo el sistema fotovoltaico produce más electricidad de la que se consume actualmente. Tan pronto como se detecta un exceso, el sistema activa el elemento calefactor. Esto evita que la electricidad llegue innecesariamente a la red y aumenta significativamente el autoconsumo. Además de un elemento calefactor y de almacenamiento adecuados, esta variante también requiere un gestor de energía o un sistema doméstico inteligente que se comunique con el inversor.
Las tres variantes requieren componentes básicos, como un sistema fotovoltaico, un tanque de agua caliente o de compensación y un elemento calefactor adecuado. Las diferencias radican en la regulación, los costes de instalación y la flexibilidad del sistema. La modernización con un administrador de energía es la solución más práctica, especialmente para los sistemas existentes.
¿Cuánto cuesta un elemento calefactor fotovoltaico?
Un elemento calefactor fotovoltaico cuesta un total de entre 1000 y 1500 euros. El elemento calefactor en sí cuesta entre 200 y 600 euros, según la versión. Un controlador inteligente o un administrador de energía cuestan entre 300 y 700 euros adicionales. La instalación por parte de una empresa especializada suele costar entre 300 y 500 euros. Los costos exactos dependen del sistema de almacenamiento existente, del sistema fotovoltaico y del sistema de control deseado.
¿Cuándo vale la pena un elemento calefactor con energía fotovoltaica?
Un elemento calefactor con energía fotovoltaica vale la pena si se dispone regularmente de un exceso de energía solar y se puede utilizar de forma rentable para calentar agua. Es particularmente útil para los sistemas fotovoltaicos existentes con altos requisitos de agua caliente, por ejemplo, en hogares con cuatro o más personas o cuando hay un tanque de compensación disponible.
La siguiente comparación de costos muestra cómo funciona el calentamiento de agua caliente con energía solar en comparación con la calefacción de condensación de gas tradicional. La base es una casa unifamiliar típica con 4 personas y un requerimiento anual de agua caliente de alrededor de 73,000 litros.
Si hace un buen uso de su excedente fotovoltaico, puede reducir significativamente los costos de energía del agua caliente. En este ejemplo, alrededor de 200 euros al año. La inversión se amortiza después de unos 7 años. El factor decisivo es que la planta fotovoltaica produce más electricidad de la que se consume en el hogar durante los meses soleados; solo así el elemento calefactor puede funcionar de forma económica
¿Cuánta energía fotovoltaica necesita un elemento calefactor?
Una potencia fotovoltaica de alrededor de 1,5 a 3 kWp es suficiente para calentar agua mediante un elemento calefactor en una casa unifamiliar. Se debe planificar una producción fotovoltaica de al menos 0,4 a 0,8 kWp para cada persona del hogar, de modo que haya suficiente electricidad disponible para calentar el agua.
¿Cuánto tiempo necesita una varilla calefactora para calentar el agua?
Dependiendo de la salida y la cantidad de agua, una varilla calefactora necesita entre 1,5 y 3 horas para producir agua caliente. Para 150 litros de agua de 10 °C a 50 °C, un elemento calefactor de 3 kW tarda unas 2,5 horas. La duración exacta depende del volumen, la diferencia de temperatura y la capacidad de calentamiento.
¿Puedo adaptar una varilla calefactora?
En la mayoría de los casos, una varilla calefactora se puede adaptar fácilmente. Un requisito previo es tener un depósito de agua caliente o un depósito de compensación existente con una abertura atornillable adecuada. La conexión eléctrica al sistema fotovoltaico o a la red doméstica también debe ser técnicamente posible. Es particularmente fácil modernizar los sistemas de almacenamiento modernos con una conexión de respaldo.
¿Se puede conectar el elemento calefactor directamente a la planta fotovoltaica?
Se puede conectar una varilla calefactora directamente al sistema fotovoltaico si se utiliza un elemento calefactor de corriente continua adecuado. Se alimenta directamente de la corriente continua de los módulos fotovoltaicos sin necesidad de un inversor. El requisito previo es que la tensión y la potencia de los módulos coincidan con las del cartucho calefactor y que se dispongan de las medidas de protección adecuadas, como los disyuntores de corriente continua.