Energía fotovoltaica frente a energía solar térmica: diferencias y áreas de aplicación

Energía fotovoltaica frente a energía solar térmica: diferencias y áreas de aplicación

El uso de la energía solar es un paso importante hacia la sostenibilidad y la independencia energética. Pero antes de decidirse por un sistema solar, hay una pregunta clave: ¿Energía fotovoltaica o solar térmica? Ambas tecnologías utilizan la energía del sol para generar energía, pero difieren fundamentalmente en su funcionalidad, propósito y costos.

sistemas fotovoltaicos Al usar células solares, la luz solar se convierte en electricidad, que puede usarse directamente, almacenarse en baterías o alimentarse a la red eléctrica. sistemas solares térmicos Por otro lado, utilice la energía solar para generar calor, que se utiliza principalmente para calentar el agua y para la calefacción de respaldo. La decisión entre estas dos tecnologías depende de factores individuales, como el consumo de energía, el espacio disponible en el techo y los usos planificados.

Este artículo le ofrece una descripción general completa de Energía fotovoltaica y termosolar. Analizamos sus ventajas y desventajas, las áreas de aplicación típicas y los costos involucrados. Además, analizamos el marco legal y las novedades actuales que influyen en el uso de estas tecnologías.

El objetivo de este artículo es proporcionarle, como ingeniero de calefacción, una base sólida para asesorar a sus clientes y seleccionar la tecnología solar adecuada para sus necesidades y circunstancias individuales.

El conocimiento de un vistazo

• Fotovoltaica (PV) convierte la luz solar en electricidad que se puede utilizar para electrodomésticos, iluminación o coches eléctricos. El excedente de electricidad puede alimentarse a la red o almacenarse temporalmente en sistemas de almacenamiento de baterías.
• energía solar térmica utiliza energía solar para generar calor, que se utiliza principalmente para calentar agua caliente y calefacción de respaldo. Los sistemas solares térmicos son particularmente eficientes, ya que pueden convertir hasta el 80% de la energía solar entrante en calor utilizable.
• gastos (varían según la región y la evolución actual de los precios):
  • Coste promedio de los sistemas fotovoltaicos De 12.000 a 16.000 euros (para 8 kWp) y se amortizan en aproximadamente 10 a 12 años.
  • Los sistemas solares térmicos están incluidos De 6.000 a 8.000 euros y se amortizan en aproximadamente 12 a 14 años. Los programas de financiación, como los subsidios de la BAFA y las tarifas reguladas, reducen los costos.
• Opciones de combinación: Ambas tecnologías se pueden combinar para generar electricidad y calor al mismo tiempo. Esto maximiza el rendimiento energético y permite un suministro casi autosuficiente.
• Áreas de uso:
  • La energía fotovoltaica es adecuada para hogares, empresas comerciales y empresas agrícolas, por ejemplo, para la producción de electricidad o la movilidad eléctrica.
  • La energía solar térmica es ideal para el agua caliente, la calefacción de respaldo y los procesos industriales.
• Dependencia de ubicación:
  • La energía fotovoltaica es particularmente adecuada para regiones con radiación solar difusa, como Europa Central.
  • La energía solar térmica muestra sus puntos fuertes en zonas soleadas, como en el sur de Europa.

¿Qué es la energía fotovoltaica y por qué es tan importante?

Los sistemas fotovoltaicos utilizan células solares para convertir la luz solar directamente en energía eléctrica, que se puede utilizar para el autoconsumo o para alimentar la red. Al utilizar energía solar, los sistemas fotovoltaicos ofrecen una alternativa respetuosa con el medio ambiente a la generación tradicional de energía fósil. Son particularmente beneficiosos, ya que reducen la dependencia de los combustibles fósiles y ayudan a reducir las emisiones de CO2. Pero, ¿cómo funciona exactamente esta tecnología y qué beneficios ofrece en la vida diaria?

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¿Cómo funciona un sistema fotovoltaico?

Las células solares son el componente central de todos los sistemas fotovoltaicos. Por lo general, consisten en silicio, un material semiconductor que convierte la luz solar en energía eléctrica. Cuando la luz incide sobre las células solares, pone en movimiento los electrones y produce corriente continua. Esto se convierte en corriente alterna mediante un inversor para que pueda usarse en electrodomésticos o alimentarse a la red eléctrica pública.

Los desarrollos recientes en energía fotovoltaica van más allá de la instalación tradicional en tejados. Por ejemplo, hay módulos fotovoltaicos integrados en edificios que utilizan fachadas o superficies de ventanas para generar energía solar. Estas innovaciones no solo hacen que la energía fotovoltaica sea más eficiente, sino también más versátil en su uso.

El uso de sistemas fotovoltaicos con bombas de calor ofrece una combinación particularmente interesante. La energía solar generada se puede utilizar directamente para hacer funcionar la bomba de calor, lo que permite a los hogares reducir aún más sus costos de energía y mejorar su equilibrio ambiental. Esta combinación de tecnologías permite un suministro de energía casi autónomo para la electricidad y el calor.

¿Dónde se usa la energía fotovoltaica?

¿Qué tan versátil es realmente la energía fotovoltaica? Los sistemas fotovoltaicos se utilizan en una amplia gama de aplicaciones. En el sector privado, cubren las necesidades de electricidad de las viviendas unifamiliares, mientras que los sistemas más grandes abastecen a plantas industriales o edificios de oficinas. Incluso en regiones remotas sin conexión a la red, los sistemas fotovoltaicos portátiles son una solución valiosa para el suministro de energía.

Un área de cultivo se utiliza en la agricultura, por ejemplo, en los denominados sistemas agrofotovoltaicos, en los que la tierra cultivable se utiliza tanto para cultivar alimentos como para producir electricidad. Estos sistemas permiten un doble uso eficiente de la tierra y aumentan la rentabilidad de la agricultura.

Un campo de aplicación innovador son las marquesinas de las autopistas con módulos solares, que no solo generan energía sino que también brindan protección contra la intemperie. La integración de la energía fotovoltaica en las infraestructuras urbanas, por ejemplo, en las estaciones de carga para vehículos eléctricos alimentados por sistemas fotovoltaicos, es igualmente interesante. Otro segmento en crecimiento es el uso de sistemas fotovoltaicos en la agricultura. Aquí, apoyan, entre otras cosas, el funcionamiento de los sistemas de riego o el suministro de electricidad a las cámaras frigoríficas para el rendimiento de los cultivos.

Costos y rentabilidad de los sistemas fotovoltaicos

Los costos de inversión de los sistemas fotovoltaicos pueden variar según el tamaño, la producción y la ubicación del sistema. En Alemania, el coste medio de una instalación fotovoltaica en una vivienda unifamiliar oscila entre los 1.200 y los 1.800 euros por kilovatio pico (kWp), incluidos la instalación y el inversor. Para un sistema típico de 10 kWp, los costes totales oscilan entre 12 000 y 18 000 euros.

Si bien la inversión inicial parece alta, los sistemas fotovoltaicos suelen amortizarse en un plazo de 8 a 12 años, según las tarifas de autoconsumo, los precios de la electricidad y las oportunidades de financiación. A largo plazo, no solo reducen los costos de electricidad, sino que también contribuyen a aumentar el valor de la propiedad. Si bien los sistemas de almacenamiento de baterías aumentan los costos de compra entre 5.000 y 10.000 euros, aumentan la independencia de las fuentes de energía externas y aumentan el uso de la electricidad generada.

Las bombas de calor también pueden aumentar de forma sostenible el valor de su propiedad. Si está interesado, no dude en leer este artículo.

¿Por qué vale la pena invertir en energía fotovoltaica?

La eficiencia de los sistemas fotovoltaicos se ha desarrollado rápidamente en los últimos años. Pero, ¿por qué son tan atractivos? Una de las principales razones es la oportunidad de reducir los costos de la electricidad a largo plazo y beneficiarse de los programas de financiación del gobierno, como la tarifa reguladora. Hoy en día, los sistemas fotovoltaicos modernos funcionan de manera eficiente incluso en condiciones de iluminación adversas, lo que los hace atractivos incluso en áreas con menos luz solar.

Para los hogares privados, un sistema fotovoltaico no solo ofrece beneficios financieros, sino también la oportunidad de ser más independientes del aumento de los precios de la electricidad. Las empresas, por otro lado, pueden reducir sus costos operativos y mejorar su equilibrio ambiental con los sistemas fotovoltaicos. Otra ventaja es la combinación de la energía fotovoltaica con los sistemas de almacenamiento de baterías, lo que significa que la electricidad generada se puede utilizar en cualquier momento del día.

Conceptos básicos de la energía solar térmica: uso eficiente del calor de la energía solar

Los sistemas solares térmicos utilizan energía solar para generar calor, que luego se utiliza para calentar edificios o calentar agua. Estos sistemas suelen consistir en colectores solares, que se instalan en techos o espacios abiertos, así como en un sistema de almacenamiento de calor, que hace que la energía obtenida esté disponible cuando sea necesaria. Pero, ¿cómo funciona exactamente esta tecnología y qué ventajas ofrece?

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¿Cómo funciona un sistema solar térmico?

Los sistemas solares térmicos convierten la luz solar directamente en calor mediante colectores solares especiales. Estos colectores, a menudo en forma de colectores planos o tubulares, absorben los rayos del sol y transfieren el calor generado a un medio portador, generalmente agua o un líquido a prueba de heladas. Este medio fluye a través de un sistema de tuberías cerradas hasta un tanque de almacenamiento de calor. Cuando es necesario, la unidad de almacenamiento de calor transfiere la energía a los sistemas de calefacción o agua caliente, lo que ahorra combustibles fósiles.

Recientemente se han realizado avances tecnológicos que aumentan aún más la eficiencia de los sistemas solares térmicos. Por ejemplo, los colectores tubulares aislados al vacío permiten una absorción del calor significativamente mejor, incluso en condiciones de iluminación difusa o en climas más fríos. Además, los sistemas solares térmicos se integran cada vez más en sistemas híbridos, que los combinan con bombas de calor para permitir un uso aún más flexible del calor generado.

Cuáles son los beneficios de la energía solar térmica

Los sistemas solares térmicos obtienen puntos por su alta eficiencia y respeto al medio ambiente. Pueden convertir hasta el 80% de la radiación solar en calor utilizable, lo que los hace particularmente eficaces. Esto se traduce en ahorros significativos en los costos de calefacción y reduce la dependencia de los combustibles fósiles. Otra ventaja es la reducción de las emisiones de CO2, por lo que es una opción ideal para los hogares respetuosos con el medio ambiente.

Especialmente en verano, cuando la radiación solar es más alta, los sistemas solares térmicos pueden cubrir casi todas las necesidades de agua caliente de un hogar. Esto no solo protege el medio ambiente, sino que también reduce la carga del presupuesto. Los desarrollos recientes, como los colectores tubulares de vacío, los sistemas de control inteligentes y la integración en sistemas de energía híbridos, también permiten aumentar aún más la eficiencia y combinar de manera flexible la energía solar térmica con otras tecnologías, como las bombas de calor o los sistemas fotovoltaicos. Además, la energía solar térmica se utiliza cada vez con más frecuencia en la industria para generar calor de proceso, lo que amplía significativamente el rango de aplicación de esta tecnología.

¿Dónde se utiliza la energía solar térmica?

Los sistemas solares térmicos se utilizan en una amplia gama de aplicaciones. Se utilizan principalmente en edificios residenciales para calentar agua y calefacción de respaldo. Las piscinas también se benefician de la energía solar térmica, ya que requieren constantemente grandes cantidades de agua caliente. También se utilizan en procesos industriales, como para precalentar el agua de proceso.

En comparación, los sistemas fotovoltaicos se centran en la generación de energía y se utilizan en una amplia variedad de áreas, desde el suministro de energía para hogares y empresas hasta la integración en soluciones de movilidad eléctrica o sistemas agrofotovoltaicos. Si bien la energía fotovoltaica proporciona electricidad de forma flexible para diversas aplicaciones, la energía solar térmica ofrece una generación de calor directa, que es particularmente eficaz en áreas con una demanda de calor constante.

Un área innovadora de aplicación de la energía solar térmica es la integración en conceptos de construcción que se basan en una alta autosuficiencia energética. Por ejemplo, los sistemas solares térmicos se combinan cada vez más con los sistemas de calefacción por suelo radiante, que funcionan de manera particularmente eficiente a temperaturas más bajas. Por el contrario, la energía fotovoltaica es más adecuada para aplicaciones en las que se va a generar y almacenar electricidad, por ejemplo, para suministrar dispositivos eléctricos o para alimentarla a la red eléctrica. La combinación con otras tecnologías, como los sistemas fotovoltaicos o las bombas de calor, también abre oportunidades completamente nuevas para abastecer a los edificios con emisiones casi nulas y para cubrir las necesidades de electricidad y calor de forma sostenible.

Energía fotovoltaica o solar térmica: ¿qué tecnología es mejor?

La elección entre energía fotovoltaica (PV) y energía solar térmica depende de varios factores: ¿qué tan eficientes son los sistemas, qué costos implican y qué papel desempeñan las condiciones geográficas? Cada tecnología tiene sus puntos fuertes, que la hacen más atractiva según la aplicación y la ubicación.

¿Qué tan eficientes son la energía fotovoltaica y la energía solar térmica?

Los sistemas fotovoltaicos convierten de manera eficiente la luz solar en electricidad y funcionan de manera confiable incluso con radiación solar difusa. Esto los hace ideales para regiones con condiciones climáticas cambiantes o luz solar limitada. Sin embargo, su eficiencia depende en gran medida de la calidad de los módulos e inversores.

La energía solar térmica, por otro lado, logra una eficiencia de hasta el 80% al convertir la luz solar en calor utilizable, lo que la hace particularmente eficiente para aplicaciones como el calentamiento de agua y la calefacción de espacios. Esto utiliza energía solar para calentar el agua en un tanque intermedio. Esta agua caliente se puede utilizar directamente para suministrar agua caliente a los hogares o en circuitos de calefacción, de forma similar a una bomba de calor. Los sistemas solares térmicos a menudo pueden generar más energía en forma de calor por metro cuadrado de área colectora que los sistemas fotovoltaicos en forma de electricidad, siempre que haya suficiente radiación solar directa disponible.

¿Cuáles son los costos de instalación y operación?

Los costos de ambas tecnologías varían mucho y dependen del tamaño del sistema, las condiciones estructurales y el requerimiento de energía.

fotovoltaicos

Los sistemas fotovoltaicos a menudo requieren inversiones iniciales más altas, pero se benefician de precios más bajos de los módulos y subsidios gubernamentales, como la tarifa de alimentación. Se podría instalar un sistema típico de 8 kWp en una casa unifamiliar con un consumo medio de electricidad de 4.000 kWh al año. Los costos de esto rondan De 12.000 a 16.000 euros, incluido el inversor y la instalación.

Ejemplo de cálculo para un sistema fotovoltaico*:

• Costos de adquisición: 14.000 euros
• Financiamiento gubernamental: Tarifa de alimentación de aproximadamente 8 céntimos/kWh para el exceso de electricidad
• Ahorros de energía por año: 1.200 euros con un autoconsumo del 70% y un precio de la electricidad de 40 céntimos/kWh
• Venganza: Ca. 10 a 12 años, en función de la financiación y el autoconsumo

Además, se puede instalar un sistema de almacenamiento de baterías para aumentar el autoconsumo y utilizar la electricidad generada incluso de noche o cuando hay poca luz solar. Estos almacenamientos cuestan alrededor De 5.000 a 10.000 euros, sin embargo, aumentan la independencia de las fuentes de energía externas y el uso de la electricidad generada, lo que aumenta la eficiencia general de la planta.

energía solar térmica

Los sistemas solares térmicos suelen ser más baratos de comprar que los sistemas fotovoltaicos, pero la integración en los sistemas de calefacción existentes o la instalación de sistemas de almacenamiento de calor pueden tener costos adicionales. Para una casa unifamiliar típica con un requerimiento anual de agua caliente de alrededor de 2000 kWh, un sistema solar térmico para calentar el agua cuesta alrededor de De 6.000 a 8.000 euros, incluida la instalación y el almacenamiento.

Ejemplo de cálculo solar térmico*:

• Costos de adquisición: 7.000 euros
• Financiamiento a través del subsidio de la BAFA: 30% de los costos, aproximadamente 2.100 euros
• Ahorros por año: 400 euros con costes de calefacción reducidos debido al menor consumo de gas (precio: 10 céntimos/kWh)
• Venganza: Ca. 12 a 14 años, en función de la producción y el ahorro de energía

*Estos son ejemplos de cálculos que representan los costos, subsidios y ahorros típicos; los valores reales pueden variar según las circunstancias individuales, como el tamaño de la planta, la ubicación y el consumo de energía.

¿Qué papel desempeña la ubicación?

La ubicación geográfica y el clima son decisivos para elegir entre la energía fotovoltaica y la energía solar térmica.

• Fotovoltaica: En regiones con cielos frecuentemente nublados o con menor radiación solar, como Alemania, los Países Bajos y Gran Bretaña, la energía fotovoltaica ofrece la ventaja de generar energía incluso en condiciones de iluminación difusa. Esto hace que la energía fotovoltaica sea especialmente popular en Europa Central, donde es una opción muy extendida debido a su versatilidad.
• energía solar térmica: Esta tecnología es especialmente adecuada para áreas con altas horas de sol al año, como el sur de Europa, como España, Italia o Grecia. En estos países, donde la radiación solar es alta durante todo el año, la energía solar térmica se utiliza a menudo para calentar el agua y para apoyar los sistemas de calefacción. En las regiones de invierno templado, se puede utilizar durante todo el año y muestra una eficiencia particularmente alta.

Un avance interesante es la combinación de ambas tecnologías, que permite a los hogares generar electricidad y calor a partir del sol. Estos sistemas híbridos maximizan el rendimiento energético y permiten un uso holístico del espacio disponible en el techo.

¿Quién se beneficia más de la energía fotovoltaica y térmica solar? Descripción general de las áreas de aplicación y los grupos destinatarios

La energía fotovoltaica (PV) y la energía solar térmica están diseñadas para satisfacer diferentes necesidades energéticas, sirviendo así a grupos objetivo y áreas de aplicación específicos. La elección de la tecnología adecuada depende de factores como la demanda de energía, las condiciones locales y los objetivos a largo plazo.

Energía fotovoltaica: versatilidad y amplia aplicabilidad

Grupos objetivo típicos:

• hogares privados: Las viviendas unifamiliares y multifamiliares en particular se benefician de la generación de energía fotovoltaica, ya sea para reducir las facturas de electricidad o para alimentarla a la red.
• empresas comerciales: Las empresas utilizan sistemas fotovoltaicos para reducir los costos operativos, aumentar su independencia energética y alcanzar los objetivos de sostenibilidad.
• agricultura: La energía fotovoltaica se utiliza en los tejados de graneros y establos o como energía agrofotovoltaica, en la que la tierra cultivable se utiliza simultáneamente para la agricultura y la generación de electricidad.

Áreas de uso:

• Autoconsumo y alimentación: Los sistemas fotovoltaicos proporcionan electricidad limpia para hogares y empresas y alimentan los excedentes a la red.
• Movilidad eléctrica: Cada vez más hogares combinan sistemas fotovoltaicos con cajas de pared para coches eléctricos.
• Aplicaciones innovadoras: Desde la energía fotovoltaica integrada en edificios (BIPV) hasta los techos solares sobre aparcamientos o autopistas, la energía fotovoltaica ofrece una amplia gama de usos

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Energía solar térmica: suministro de calor eficiente

Grupos objetivo típicos:

• hogares privados: Las familias u hogares con altos requerimientos de agua caliente se benefician en particular de los sistemas solares térmicos.
• piscinas: La energía solar térmica es ideal para calentar piscinas y piscinas, especialmente durante los meses de verano.
• Empresas industriales: Las industrias con una demanda constante de calor para procesos, como la industria alimentaria, utilizan sistemas solares térmicos para reducir los combustibles fósiles.

Áreas de uso:

• calentamiento de agua: Especialmente eficiente para los hogares que buscan una alternativa sostenible al calentamiento de agua tradicional.
• Soporte del sistema de calefacción: Combinada con sistemas de calefacción por suelo radiante o bombas de calor, la energía solar térmica ofrece una solución de calefacción respetuosa con el medio ambiente durante todo el año.
• Soluciones híbridas: Los sistemas solares térmicos se combinan cada vez más con los sistemas fotovoltaicos para cumplir simultáneamente con los requisitos de electricidad y calor.

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¿Cómo se puede utilizar de forma óptima la energía fotovoltaica y solar térmica en edificios residenciales?

En los edificios residenciales, tanto la energía fotovoltaica como la solar térmica ofrecen ventajas específicas, que se pueden combinar o utilizar de forma individual, según los requisitos de energía y el uso.

• Fotovoltaica: Los sistemas fotovoltaicos son ideales para generar electricidad para electrodomésticos, iluminación y estaciones de carga para automóviles eléctricos. El excedente de electricidad se puede alimentar a la red pública, lo que no solo reduce la factura de electricidad, sino que también permite una atractiva tarifa de alimentación. Los sistemas de almacenamiento de baterías también ayudan a aumentar el autoconsumo y a aumentar aún más la independencia energética.
• energía solar térmica: Los sistemas solares térmicos son particularmente eficientes cuando se trata de proporcionar agua caliente y calefacción de respaldo. Son ideales para hogares con altos requerimientos de agua caliente, como hogares unifamiliares, o para edificios con sistemas de calefacción por suelo radiante que funcionan a temperaturas más bajas.

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Por qué las soluciones híbridas podrían ser el futuro de la energía solar

Las soluciones híbridas que combinan componentes fotovoltaicos y solares térmicos hacen un uso óptimo de los puntos fuertes de ambas tecnologías. Estos sistemas generan electricidad y calor simultáneamente, lo que aumenta significativamente la eficiencia energética general de una casa.

• Rendimiento energético maximizado: Al generar electricidad para el uso diario y calor para el agua y la calefacción, las soluciones híbridas cubren una amplia gama de necesidades energéticas.
• Requisito de espacio optimizado: Los sistemas híbridos son particularmente ventajosos cuando el espacio en el techo es limitado, ya que hacen un uso efectivo del espacio disponible.
• Tecnología preparada para el futuro: Con el aumento de los costos de energía y un enfoque cada vez mayor en la sostenibilidad, las soluciones híbridas ofrecen una solución económica y ecológica a largo plazo.

Un ejemplo de tecnología híbrida innovadora es la integración de módulos térmicos fotovoltaicos, que combinan ambas funciones en un solo sistema. Estos módulos son especialmente adecuados para edificios o aplicaciones independientes desde el punto de vista energético con mayores requisitos de calor y energía.

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(1) Foto del equipo de Los Muertos.

(2) Fuente de la imagen: Pixabay

(3) Fuente de la imagen: Erdgas Sudoeste

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