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Se estima que más del 45 % del consumo energético de los hogares se emplea para cubrir las necesidades de climatización. En este sentido, el verano y el invierno son las dos temporadas donde más energía se consume en climatización. En lo que respecta al verano, el aire acondicionado solar es la mejor alternativa para refrescar el hogar, sin incrementar demasiado el gasto energético.
España cuenta con la ventaja de disfrutar de una gran incidencia de energía solar, a lo largo del año. Esta gran cantidad de energía puede aprovecharse con placas solares fotovoltaicas, para producir energía eléctrica a muy bajo costo, y emplearla en la climatización. Es decir, en base a energía solar fotovoltaica, podemos obtener refrigeración solar para climatizar nuestros hogares en verano, a un precio muy bajo.
¿Qué es el aire acondicionado solar?
El aire acondicionado solar es un sistema integral compuesto de un equipo de climatización tradicional y un conjunto de placas solares fotovoltaicas. Estas placas se diseñan para producir la energía eléctrica necesaria que consume el equipo de climatización. Por tanto, mientras más potente sea el equipo de climatización, mayor cantidad de placas solares va a necesitar.
A parte de las placas solares, este sistema trae un regulador, inversor e incluso baterías. Las baterías permiten almacenar los picos de generación de energía fotoeléctrica, para luego utilizarlos cuando sea necesario.
Cómo funciona el aire acondicionado solar
En el día, que es cuando más se necesita la refrigeración solar, las placas producen la energía solar fotovoltaica que consume el equipo de climatización. Sin embargo, si el día está muy nublado, o en horas avanzadas de la tarde, un dispositivo automático desconecta las placas y se conecta a la red eléctrica principal. De esta manera, el equipo de climatización podrá continuar climatizando la vivienda, el tiempo que sea necesario.
Tipos de aire acondicionado solar
Existen básicamente dos tipos de aire acondicionado solar: los de compresión de refrigerante y los de absorción de refrigerante. En ambos tipos, la energía solar sirve para hacer funcionar estos sistemas, de una forma muy económica. A continuación, hablaremos de cada uno de ellos:
Refrigeración solar por absorción de refrigerante
La refrigeración por absorción de refrigerante no es algo precisamente novedoso. Los fundamentos de esta técnica se remontan a los experimentos de Joseph Priestley (1784) y Michael Faraday (1823). En aquellos experimentos se empleaba el amoniaco como sustancia de efectos refrigerantes. Sin embargo, también otros investigadores lograron un efecto muy parecido empleando el bromuro de litio.
Ferdinand Carré fue quien patentó, en 1858, la primera máquina práctica de producir frío, empleando agua y amoníaco. Los fundamentos técnicos de esta máquina térmica, basada en un ciclo de absorción y liberación de amoniaco diluido en agua, se usan hoy en día.
Actualmente, un aire acondicionado solar por absorción de amoniaco, o de bromuro de litio, emplea directamente la energía solar para producir energía térmica, usando paneles solares térmicos. Esta energía térmica es necesaria para poder realizar el ciclo termodinámico del amoniaco, el cual producirá finalmente el frío necesario para la climatización.
Aire acondicionado solar por compresión de refrigerante
El método de producción de frío por compresión de refrigerante es el más empleado en la actualidad. La primera máquina práctica para producir frío e hielo, a partir de una máquina de compresión, fue construida por James Harrison, en 1854. La sustancia refrigerante de esta antigua maquina era éter sulfúrico.
Actualmente, los refrigerantes más empleados para usos domésticos son los gases fluorados, los cuales son refrigerantes sintéticos (no naturales). En la refrigeración industrial se emplean también gases fluorados, pero además se usan gases naturales como el amoniaco y el CO2.
El aire acondicionado solar por compresión de refrigerante utiliza un compresor, el cual a su vez es movido por un motor eléctrico. Por tanto, el compresor necesita de energía eléctrica para su funcionamiento. En consecuencia, el aire acondicionado debe tomar la energía eléctrica de las placas solares de generación fotoeléctrica, en primer lugar. Sin embargo, si las placas no pueden generar toda la energía necesaria, un dispositivo electrónico conecta el compresor directamente a la red eléctrica principal.
Cálculo de un aire acondicionado por compresión con energía solar fotovoltaica
La selección correcta de un aire acondicionado se realiza en base a la carga térmica de la vivienda. Esta carga térmica se expresa en kW/h y depende, entre otros factores, del área habitable, número de personas y de la calidad del aislamiento térmico. Para facilitar el cálculo, los técnicos emplean tablas y software especial. Con este dato se selecciona la capacidad frigorífica del aire acondicionado que necesita la vivienda.
Por otro lado, las placas solares necesarias se calculan con la capacidad del aire seleccionado. Para este fin, se divide la potencia frigorífica del equipo entre el factor de eficiencia energética del mismo (EER, por sus siglas en inglés). Los equipos más eficientes tienen factores entre 5 y 6. Por ejemplo, un aire acondicionado de 6 kW/h, con un EER de 6, necesitará de un grupo de placas fotovoltaicas con una potencia de 1 kW.
Continuando con el ejemplo anterior, es posible seleccionar dos placas solares de 500 W, o también 3 placas de 350 W. Además, en conjunto con las placas se elije también un inversor de 1 kW. En la práctica, a las placas solares y al inversor se le aplica un factor de tolerancia por encima de estos valores calculados.
Ventajas y desventajas del aire acondicionado con placas solares
La principal ventaja del aire acondicionado con placas solares es el ahorro en la factura por consumo de energía eléctrica de la red principal. Sin embargo, el costo integral del sistema es relativamente alto, aunque se va amortizando a mediano plazo, con el ahorro de energía eléctrica.
Por otro lado, a la hora de elegir entre un sistema de compresión por otro de absorción, es importante tomar en cuenta algunos factores. La eficiencia energética de un sistema de climatización por compresión puede ser como mínimo de 3. Sin embargo, los sistemas por absorción solo alcanzan un factor de 0,8. Por tanto, el método de absorción de refrigerante solo es práctico cuando se tienen fuentes de calor residuales importantes.
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