Esteban Urresta, Analista Técnico de Transferencia Tecnológica 3
Calentadores solares (Fuente: e-ficiencia)
De acuerdo a la Agencia Internacional de la Energía (IEA, por sus siglas en inglés), el consumo energético mundial en el 2018 fue de 5.98x1017 kJ [1], cifra menor al 0.011 % de la energía que recibe la Tierra en forma de radiación solar (5.445x1021 kJ por año) [2]. Pese a esta gran abundancia, el recurso solar tiene una baja densidad energética por unidad de área, y las condiciones climáticas variables ocasionan que se encuentre irregularmente distribuido sobre la superficie terrestre, dificultando su aprovechamiento; situación que, sumada a los altos costos de los primeros equipos solares de conversión de energía, retrasaron su aplicación, dando paso al uso indiscriminado de aparatos que utilizan combustibles fósiles.
En la última década se ha renovado el interés por esta fuente de energía y sus aplicaciones, debido a una mayor conciencia ambiental, al aumento en el precio de los combustibles y una reducción considerable en los costos de los equipos solares térmicos y fotovoltaicos. Gracias a estas tendencias y la elevada eficiencia de las tecnologías actuales, el calentamiento de agua de uso doméstico con energía solar se ha convertido, no solo en una necesidad ecológica, sino también, en una atractiva opción para el ahorro económico en relación a equipos convencionales.
En 2019, la electricidad no renovable y los combustibles fósiles cubrieron más del 77 % de la demanda energética mundial de calentamiento y enfriamiento, contribuyendo en el 2018 con casi el 40 % de las emisiones de gases de efecto invernadero relacionadas al ámbito energético [3]. Globalmente, el 46 % de esta energía se utiliza en edificios residenciales y comerciales, para calentar agua, espacios y en menor medida, para cocinar [3]; de ahí la importancia de implementar tecnologías solares de calentamiento de agua de uso doméstico que permitan reducir estos efectos indeseados.
Las dos tecnologías solares de calentamiento de agua de uso doméstico más utilizadas en el mundo son los colectores de placa plana y de tubos al vacío, cuyas fotografías se indican en la Figura 1. Entre el año 2000 y 2020, la capacidad mundial instalada de colectores solares creció de 89 millones de m2 (62 GWt) a 715 millones de m2 (501 GWt) [1]; la energía producida por estos equipos, generalmente destinada al calentamiento de agua en el sector residencial, contribuyó a dejar de consumir 43.8 millones de toneladas de petróleo, evitándose la emisión de 141.3 millones de toneladas de CO2 [1]. Conforme a la calculadora de emisiones de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA, por sus siglas en inglés) [4], este ahorro energético es equivalente a la electrificación de 25 666,109 hogares promedio de Estados Unidos durante un año. Este es un claro indicativo del gran potencial que tienen estas tecnologías para reducir el consumo energético y la emisión de gases de efecto invernadero.
Figura 1: Izq. Colector solar de tubos al vacío; Der. Colector solar de placa plana [5].
En la Figura 2 se indica una comparativa con los 10 países que tenían una mayor capacidad instalada de colectores solares térmicos por cada 1 000 habitantes en el año 2018. Es importante destacar ejemplos de éxito como el de Palestina. En este país los calentadores solares de agua han contribuido significativamente para superar las condiciones de pobreza energética ocasionada por la inestabilidad política, conflicto bélico y una red eléctrica deficiente [6].
Figura 2: 10 países y territorios con mayor capacidad instalada de colectores solares térmicos acumulada por 1000 habitantes en 2018 [3]
Aunque muchas veces son competitivos desde el punto de vista económico, la implementación de los calentadores solares puede presentar múltiples barreras. Por ejemplo, el desconocimiento de las personas sobre sistemas modernos de calentamiento de agua con energía solar puede frenar su aplicación; los propietarios de una casa tienden a elegir una opción conocida, como son los calefones que operan con Gas Licuado de Petróleo (GLP) [3]. Asimismo, el mayor costo inicial de los equipos solares respecto a los sistemas convencionales (calefones a GLP) y el bajo precio de los combustibles subsidiados pueden constituir grandes obstáculos para su comercialización, especialmente en países en vías de desarrollo. Motivo por el cual, para incrementar la instalación de calentadores solares, muchos gobiernos a nivel mundial han optado por tomar medidas entre las que se incluyen: normas regulatorias, subsidios y préstamos a bajo interés para contrarrestar la inversión inicial de la tecnología [3].
En Ecuador, a pesar de contar con altos niveles de radiación solar, los cuales se mantienen relativamente estables a lo largo del año, el aprovechamiento de la energía solar con fines de calentamiento de agua es incipiente. Esta falta de interés en los sistemas solares se debe principalmente al elevado subsidio del GLP (88 % de subsidio), que convierte a los equipos que funcionan con este combustible en una alternativa muy económica, siendo uno de los principales medios de calentamiento de agua a nivel residencial [7].
Adicionalmente, el subsidio del GLP tiene otros efectos indeseables como: el desvío ilegal del combustible al sector industrial y el contrabando en las fronteras con Perú y Colombia, donde el GLP tiene un precio significativamente superior. Esta problemática se suma a la falta de programas o políticas públicas que incentiven a nivel nacional el calentamiento de agua con energía solar [7].
Según Guamán et al., en Ecuador, aproximadamente el 20 % del GLP de uso doméstico es destinado al calentamiento de agua con calefones [7]. Tomando en cuenta que en el 2019, el consumo de GLP en el sector residencial fue de 866 millones de kilogramos [8], mediante la sustitución de los calefones por equipos solares de calentamiento, se podría dejar de consumir un máximo de 173 millones de kilogramos de GLP. Conforme a la calculadora de emisiones de la EPA [4], este ahorro es equivalente a la electrificación de casi 308 000 hogares promedio de Estados Unidos durante un año, dejándose de emitir al medio ambiente alrededor de 1 695,000 toneladas de CO2.
Referencias Bibliográficas
[1] International Energy Agency, “Solar Heat Worldwide Detailed Market Data 2019 Global Market Development and Trends in 2020,” 2021.
[2] S. A. Kalogirou, Solar energy engineering: processes and systems, Second. Academic Press, 2014.
[3] International Renewable Energy Agency, “LEVERAGING LOCAL CAPACITY FOR SOLAR WATER HEATERS,” 2021.
[4] United States Environmental Protection Agency (EPA), “Greenhouse Gas Equivalencies Calculator,” United States Environmental Protection Agency (EPA), 2020. https://www.epa.gov/energy/greenhouse-gas-equivalencies-calculator (accessed Jul. 13, 2020).
[5] SOLAR directa, “Flat Plate and Evacuated Tube Solar Collector,” 2017. https://solarenergyspain.com/index.php/2017/09/14/evacuated-tube-solar-collector/.
[6] T. A. Hamed and K. Peric, “The role of renewable energy resources in alleviating energy poverty in Palestine,” Renew. Energy Focus, vol. 35, pp. 97–107, 2020.
[7] J. Guamán, M. García, D. Guevara, and A. Ríos, “Evaluación del Impacto Económico en Diferentes Escenarios de Implementación de Tecnologías Eficientes de Calentamiento de Agua en el Ecuador,” Rev. Técnica" energía", vol. 12, no. 1, pp. 270–283, 2016.
[8] Ministerio de Energía y Recursos Naturales No Renovables (MERNNR), “Balance Energético Nacional 2019,” Quito, 2019.