Una de las grandes ventajas del uso de energía solar a partir de celdas fotovoltaicas es que se puede utilizar en una amplia variedad de ámbitos de nuestra vida, gracias a la transformación a energía eléctrica. (Más detalles en la nota: “Energía Solar: Ventajas y desventajas de las plantas fotovoltaicas”). 

Llevamos miles (si no millones) de años usando leña y otros combustibles fósiles para calentarnos cuando hace frio, pero la combustión en sí trae como consecuencia la generación de gases de efecto invernadero, además de material particulado que contamina el aire de las ciudades. 

La gran interrogante es cómo satisfacemos nuestras necesidades de calor de la manera más limpia y sustentable posible. De manera directa, lo ideal sería calefacción en base a una energía que no emita gases perjudiciales ni para la salud ni para el ambiente. La calefacción en base a combustibles ha mejorado bastante en cuanto a eficiencia energética en los últimos años, pero sigue teniendo el problema de que se generan emisiones de gases de efecto invernadero, como el CO2, por la combustión. Por lo que las energías renovables son una fuente energética viable de poder proporcionar calor sin tener que pasar por otro medio energético. 

Es así que el uso más simple de energía eléctrica para calefacción es la transformación directa de energía eléctrica en calor mediante resistencias. Este es el caso de los sistemas de calefacción convencionales (termo-ventiladores), en donde lo que entra por energía eléctrica, es lo que sale en forma de calor. Es decir, si queremos calentar una habitación pequeña, y utilizamos un termo-ventilador de 2000W por una hora, el calor generado será casi de 2kWh (dos kilowatts hora). 

Pero si utilizamos una “bomba de calor”, para esos mismos 2kWh de energía requerida, necesitaremos un gasto entre 4 y 6 veces menor de energía eléctrica ¿Cómo es esto posible? 

Una bomba de calor se compone de un circuito cerrado, con un líquido en su interior, que permite literalmente “bombear” calor de un espacio con baja temperatura a otro con mayor temperatura (en contra de lo que suele pasar, donde el calor va desde donde hay mayor temperatura a menor). Estas funcionan bajo el principio del cambio de estado de un fluido entre líquido y gaseoso:  

Para cambiar de líquido a gaseoso se necesita la adición de calor o energía (ejemplo: cuando poner a hervir una olla con agua, se necesita una cantidad de tiempo importante para que toda el agua se evapore, a pesar de que sigue siendo la misma llama la que lo calienta. En ese proceso el agua no cambia de temperatura, solo cambia de estado). 

bomba de calor

Para pasar de gaseoso a líquido se libera energía: En una cafetera profesional, el barista le inyecta vapor a la leche para que esta espume, liberando el calor hacia la leche que se calienta.  

Las bombas de calor poseen 4 principales componentes: El compresor (que comprime y calienta un gas), la válvula expansora (que expande y enfría un líquido); el condensador y el evaporador, que permiten que haya un intercambio de calor entre un fluido que está en el interior (el refrigerante) y un fluido exterior (el aire del ambiente). Estos últimos son básicamente un mismo dispositivo, pero usado para fines distintos.

 

Funcionamiento de las bombas de calor

El fluido refrigerante pasa a través del evaporador (que es generalmente un serpentín de un material altamente conductivo como el cobre), y este cambia de fase (la temperatura ambiental se mayor afuera que dentro del serpentín) por lo que se evapora. El ambiente exterior se enfría (pierde calor que gana el fluido interior). 

Luego el vapor de este fluido se lleva a una alta presión gracias al compresor, lo que trae como consecuencia un aumento de la temperatura del gas. 

Este vapor calentado y presurizado, pasa a través del condensador en donde pasa a ser líquido (pierde calor). Dicho calor se pasa al ambiente, que estaba a una temperatura mucho menor (sigue el flujo lógico, de más a menos).  

El líquido, que sigue a una alta presión, entra a la válvula de expansión, en donde su presión baja, y por lo tanto también su temperatura (menor que la ambiente). Finalmente, este líquido cierra su ciclo pasando nuevamente por el evaporador.  

Notamos que en una parte del circuito el ambiente se calienta (en el condensador), pero también se enfría (en el evaporador). Y esto lo podemos aprovechar si cambiamos el sentido del flujo, y, por lo tanto, donde antes se condensaba ahora se evapora y viceversa. ¡Esa es la base del funcionamiento del refrigerador y del aire acondicionado! 

Pero el compresor solo funciona en una dirección, por lo que, si queremos que este sistema “enfríe y caliente” a pedido, necesitamos o cambiar la posición del sistema completo (imposible si se tiene un aire acondicionado empotrado en la muralla o similar), o implementar una válvula de 4 vías, que permite el fluido recorra el flujo inverso). Este es el caso de los aires acondicionados de frio/calor. 

bomba de calor

Fuente: Universidad de Cantabria 

No obstante, para hacer funcionar una bomba de calor, se necesita energía eléctrica para echar a andar el compresor. Es en este punto donde la energía proveniente de sistemas fotovoltaicos entregará energía limpia, la cual no generará emisiones de ninguna clase en el proceso, además de tener la ventaja de poder instalarse en zonas remotas que no tengan acceso a la conexión a la red eléctrica o a combustibles.  

Esto sumado a una buena aislación, que por normativa deben tener las casas fabricadas a partir del año 2000, se transforma en la mejor alternativa para satisfacer las necesidades de calor y frio, de manera limpia, sustentable y autoabastecida. 

Es así que la energía solar fotovoltaica en este caso se transforma en una excelente herramienta que no sólo generará energía para el uso eléctrico de los distintos artefactos del hogar, sino también puede ser parte de un sistema de calefacción eficiente y limpio tanto en hogares como organizaciones gracias a la bomba de calor.  

Si necesitas ver con mayor claridad el funcionamiento de las bombas de calor, te recomendamos el siguiente video. 

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