Techos solares que también calientan

Mire un panel solar en un día soleado y la mayor parte de la energía que cae sobre él no está haciendo nada útil. Las células convierten del 15 al 20% de la luz en electricidad; del 65 al 70% se convierte en calor, lo que calienta el panel y lo hace menos eficiente (IEA SHC Task 60, 2020). Un colector fotovoltaico-térmico (PVT) coloca un intercambiador de calor detrás de las células, transporta ese calor en agua o aire y lo utiliza para agua caliente, calefacción o una bomba de calor.

El resumen honesto: PVT funciona, se vende hoy y puede entregar dos a tres unidades de calor por cada unidad de electricidad del mismo techo, pero solo paga donde hay un uso constante para el calor de baja temperatura, y sus costos medidos son todavía más altos que los paneles separados y colectores en la mayoría de los lugares. Esta página explica por qué, con las cifras.

Qué es el ADN

Un colector PVT es un panel solar y un colector térmico solar en un marco. Hay tres familias principales (IEA SHC Task 60, 2020):

• Uncovered water collectors look like ordinary panels with a flat heat exchanger bonded to the back. Funcionan fríos, lo que se adapta a las células, y pierden calor fácilmente al viento. Representan el 61% de la capacidad térmica instalada en todo el mundo y se utilizan con mayor frecuencia como fuente de calor para una bomba de calor.
• Colectores cubiertos (acristalados) Añadir una segunda hoja de vidrio y un espacio de aire aislante en frente de las celdas. Alcanzan los 50 a 60 °C que necesita el agua caliente doméstica, pero el vidrio adicional refleja algo de luz y las células se calientan más, por lo que producen menos electricidad.
• Colectores de aire Sopla aire detrás de los paneles y úsalo para calentar o ventilar un edificio. Son el 33% de la capacidad instalada de PVT.

Existen diseños de concentración y tubos evacuados, pero juegan un papel menor (IEA SHC, Solar Heat Worldwide 2025).

¿Cómo funciona?

El presupuesto de luz. En un día despejado, alrededor de 1.000 W de luz solar llegan a cada metro cuadrado de un panel orientado al sol; 800 W es una hora más típica de luz. Una célula de silicio convierte la parte del espectro que puede usar en electricidad. El resto se refleja, pasa a través o se convierte en calor en la célula.

El calor empeora las células. La eficiencia eléctrica de una célula de silicio cristalino cae casi linealmente con su temperatura: η_el = η_ref × (1 − β × (T_cell − 25 °C)), donde β La variación de temperatura es aproximadamente del 0,4% por kelvin (el rango medido es del 0,2 al 0,5%). En palabras sencillas: un panel etiquetado como 20% eficiente a 25 °C entrega alrededor de 18,4% cuando sus células están a 45 °C, lo cual es normal en un día soleado (Skoplaki y Palyvos, 2009).

Recogida del calor. El calor que entrega un colector sigue la ecuación de la norma de pruebas EN ISO 9806: η_th = η_0 − a_1 (T_m − T_a) / G − a_2 (T_m − T_a)² / G. Aquí η_0 es la proporción de luz solar que se convierte en calor útil cuando el fluido está a temperatura del aire (alrededor del 61% es típico para PVT), T_m es la temperatura media del fluido, T_a la temperatura del aire, G la luz solar en W por m², y a_1, a_2 describen qué tan rápido se escapa el calor. En palabras sencillas: cuanto más caliente quieres el agua, menos calor recoges y un colector sin cubierta, sin una tapa de vidrio para mantener el viento fuera, pierde calor mucho más rápido que uno cubierto.

El trade-off. El agua fría ayuda por dos razones: las células funcionan más frías y producen un poco más de electricidad, y el colector recoge más calor. El agua caliente duele dos veces. Por eso, PVT y bombas de calor son socios naturales: una bomba de calor quiere una fuente a 5 a 20 °C, exactamente donde un colector PVT descubierto es más eficiente. Cuando el fluido es más frío que el aire, un colector descubierto incluso extrae calor del aire, día y noche, lo que le permite reemplazar la unidad exterior de una bomba de calor de fuente de aire o recargar el suelo alrededor Bomba de calor de fuente terrestre Perforaciones. El explicador anterior te permite probar esto.

La relación. Debido a que más de la luz se convierte en calor que en electricidad, “dos o más unidades de energía térmica se generan por cada unidad de energía eléctrica, dependiendo de la eficiencia de la célula y del diseño del sistema” (Tarea 60 de la AIE SHC, 2020).

Los límites

Teórico. La luz solar proporciona como máximo alrededor de 1 kW por metro cuadrado al mediodía y, en promedio durante un año, entre 100 y 300 W por m² dependiendo de la latitud y el clima. Ningún colector puede entregar más energía de la que cae sobre él (excepto el calor de fuente de aire un colector descubierto atrae cuando se ejecuta más frío que el aire, que es la física de la bomba de calor, no la luz solar adicional). La electricidad es limitada por la célula: alrededor de una quinta parte de la luz para el silicio comercial. El calor se limita a la temperatura que necesita: a 60 °C un colector ya pierde una gran parte de lo que recoge.

Práctico.

• El calor debe tener un uso cercano. El calor de baja temperatura no puede venderse a una red como la electricidad. En una tarde soleada de julio, una casa con un tanque de agua caliente lleno no tiene dónde poner más calor, por lo que el colector deja de recolectar (“estancamiento”) y se calienta como un panel ordinario. El tamaño del lado de calor a la demanda real importa más que cualquier detalle del colector.
• Límites de temperatura. La mayoría de los paneles están certificados para temperaturas de celda de hasta aproximadamente 85 °C. Un colector cubierto dejado estancado en verano puede acercarse a eso, lo que envejece el encapsulante y las juntas de soldadura.
• Dos oficios en un mismo techo. PVT necesita un electricista y un fontanero, dos conjuntos de normas (IEC 61215 y 61730 para el lado eléctrico, EN ISO 9806 para el lado térmico) y, hasta hace poco, ninguna norma de prueba única propia. Los expertos de la AIE enumeran el costo, las pruebas y las habilidades del instalador, no la física, como las barreras (IEA SHC Task 60 position paper).
• Competencia de paneles baratos. Los paneles ordinarios se han vuelto tan baratos que un techo a menudo puede contener paneles fotovoltaicos separados y un pequeño colector solar térmico, o paneles fotovoltaicos más una bomba de calor de fuente de aire, por menos dinero que un sistema PVT.

Proyectos reales, medidos

Proyecto	Qué es el ADN	Lo que se midió o informó	Fuente
26 sistemas de ejemplo en la tarea 60 del SHC de la AIE (Europa y más allá, 2020)	Agua caliente sanitaria, bomba de calor y sistemas industriales, monitoreados durante aproximadamente un año	PVT cubierto para agua caliente: hasta aproximadamente 700 kWh de calor por m² al año; descubierto: aproximadamente 400. coeficiente de rendimiento eléctrico 0,66 para colectores cubiertos y 0,75 para los descubiertos (PV ordinario: 0,7 a 0,85). sistemas de bomba de calor con PVT descubierto como su única fuente alcanzaron un factor de rendimiento estacional de alrededor de 3 en Suiza	Schubert y Zenhäusern, 2020
Nuevo Ayuntamiento, Friburgo de Brisgovia, Alemania (2017)	Colectores PVT para agua caliente en un edificio de oficinas con energía neta	Diseñado para suministrar 22 MWh de calor al año frente a una demanda de agua caliente de 145 MWh, la demanda medida fue de solo 24 MWh al año, por lo que el campo colector era demasiado grande, funcionaba más caliente y suministraba menos calor por m². Fracción solar 29,6%; producción eléctrica según lo esperado	Tarea 60 de la OIE sobre SHC, Sistemas existentes de PVT
Carrosserie Pfister, Herisau, Suiza	PVT descubierto en un edificio industrial	106 kWp de potencia eléctrica y 324 kW de potencia térmica (potencia nominal, no medida)	IEA SHC, Calor solar en todo el mundo 2025
Nuevo estadio deportivo, Austria	1.130 m² de PVT con 80 sondas de suelo y una bomba de calor de 540 kW	Diseñado para satisfacer una demanda de calor de 1,4 GWh al año sin combustible fósil (figura de diseño)	IEA SHC, Calor solar en todo el mundo 2025
Mercado mundial, 2024	46 fabricantes informando	37,5 MW térmicos y 18,6 MW eléctricos instalados en 2024; Francia (629.136 m²), Alemania y los Países Bajos lideran	IEA SHC, Calor solar en todo el mundo 2025

El caso de Friburgo es la lección más útil en esta página: los colectores funcionaron, pero no lo hizo la predicción de cuánta agua caliente consumiría el edificio. Los datos publicados y medidos de forma independiente para los sistemas PVT son todavía escasos; la mayoría de las cifras provienen de proyectos piloto.

Lo que cuesta

Opción	Coste por kWh	Año y fuente
PVT, sistemas bien dimensionados en la muestra de la tarea 60	Electricidad alrededor de 0,20 €; calefacción por debajo de 0,10 €	2020, Schubert y Zenhäusern
PVT, promedio de la muestra de la Tarea 60	electricidad de 0,10 a 0,15 €; calefacción de 0,25 € (cubierta) a 0,45 € (descubierta)	2020, misma fuente (depende de cómo se dividan los costes entre calor y electricidad)
PVT, modeled	Electricidad 0,20 €; calefacción 0,22 €	Lämmle (2019), citado en el mismo informe
Benchmark: paneles solares en el tejado del mismo edificio	acerca de $0.19 central	Nuestro modelo de pared del ventilador
Solar en tejados comerciales y comunitarios, Estados Unidos	$0.09 to $0.20	Junio de 2026, Lazard LCOE+ versión 19
Agua caliente solar térmica, Europa	0,03 € (sur) a 0,19 € (centro y norte) por kWh de calor	2015, ESTIF, citado por Schubert y Zenhäusern
Calor de una caldera de gas, hogares de la UE	aproximadamente 0,14 € por kWh de calor (solo combustible: gas a 0,1228 € por kWh, caldera eficiente al 90%)	Segunda mitad de 2025, Eurostat

Lo que dice la tabla: los mejores sistemas PVT ya producen calor por menos de los costos de combustible de una caldera de gas en Europa y electricidad a aproximadamente el precio de los paneles de techo, pero el sistema piloto promedio no lo hace. La diferencia es enorme porque el valor del calor depende completamente de si se usa o no. Los expertos de la AIE han establecido el objetivo de reducir los costos de los colectores PVT en un factor de 1,5 a 2 mediante volumen y tecnología (Task 60 position paper).

Donde puede ganar, y donde no puede

Puede ganar:

• Edificios con demanda de calor durante todo el año y techo pequeño: edificios de apartamentos, hoteles, hospitales, piscinas, lavanderías, pabellones deportivos. Cada metro cuadrado hace dos trabajos.
• Como fuente de calor para una bomba de calor. El PVT descubierto puede reemplazar una unidad exterior ruidosa o recargar un campo de perforación para que no se enfríe con los años, de donde ha venido el crecimiento más reciente.
• Lugares cálidos y soleados con demanda de agua caliente, donde los colectores cubiertos pueden satisfacer la mayor parte de ella; un sistema Task 60 alcanzó una participación solar del 70%.
• Calor industrial de baja temperatura (lavado, secado, precalentamiento), donde hay un uso todos los días del año.

No puede ganar:

• Donde el calor no tiene usuario. Una casa de vacaciones, una oficina con poca agua caliente o una casa ya climatizada por una bomba de calor con su propia unidad exterior pueden ser mejor atendidos por paneles ordinarios.
• A altas temperaturas. El vapor y el calor de proceso por encima de aproximadamente 80 °C están más allá de lo que las células fotovoltaicas pueden tolerar; Almacenamiento térmico Se ajusta mejor.
• En precio solo contra paneles baratos, hasta que la instalación se convierte en tan rutinaria como el PV ordinario.

Lo que está probado, plausible y especulativo

Probado: la penalización de temperatura de las celdas de silicio; la física del colector de EN ISO 9806; que los colectores PVT proporcionan tanto electricidad como calor en edificios reales, con rendimientos medidos de aproximadamente 400 a 700 kWh de calor por m² al año; que el PVT descubierto puede servir como única fuente para una bomba de calor con un factor de rendimiento estacional cercano a 3 en Suiza; que sobredimensionar el lado de calor reduce el rendimiento.

Plausible: que la producción en masa y los kits estándar podrían reducir los costos por un factor de 1,5 a 2; que las bombas de calor PVT plus pueden descarbonizar bloques urbanos densos donde no hay espacio para unidades exteriores o pozos; que un mejor contacto térmico entre células y absorbedor aumenta ambos rendimientos.

Especulativo: Enfriamiento radiativo nocturno impulsado por PVT a escala útil (demostrado en investigación, rara vez en edificios); durabilidad a largo plazo del enlace celda-absorbedor durante 25 años de ciclo térmico; fachadas PVT integradas en el edificio a un precio competitivo.

Preguntas de investigación abiertas

• ¿Cómo envejecen los enlaces entre células y absorbentes y los encapsulantes bajo ciclos térmicos diarios y estancamiento estival? No existen todavía datos de campo de veinticinco años.
• ¿Cuál es la división correcta entre PVT, PV ordinario y longitud de pozo en un sistema de bomba de calor, y cuánto extiende realmente la regeneración de PVT la vida útil del pozo?
• ¿Puede una norma de prueba y certificación combinada reducir el costo y el tiempo de comercialización de un producto PVT?
• ¿Cómo deben los instaladores dimensionar el lado térmico cuando la demanda real de agua caliente es tan incierta, como demostró Friburgo?
• ¿Pueden los intercambiadores de calor de polímeros de bajo costo igualar a los metálicos en términos de transferencia de calor y vida útil?

Lo que necesitaría un prototipo de trabajo

Para un inventor con un nuevo diseño de PVT, la evidencia que cuenta es un colector medido en el sol, con sensores calibrados, durante el tiempo suficiente para ver tanto los días buenos como los malos.

Fase	Trabajo	Lo que demuestra	Costo aproximado	Tiempo
0. Estudio documental	Modelo de transferencia de calor del diseño, comparación con datos publicados sobre colectores, estimación de costos	La idea supera a la PVT existente en el papel	$5k to $15k	1 a 2 meses
1. Banco y prueba al aire libre de un colector	Medición de la salida eléctrica (curvas I-V) y eficiencia térmica a varias temperaturas del fluido, siguiendo los métodos EN ISO 9806 e IEC 60891, en un laboratorio acreditado o una cuidadosa configuración universitaria	Real η_0, a_1 y la penalización de temperatura eléctrica	$15k to $40k	3 a 4 meses
2. Sistema piloto pequeño	10 a 20 m² alimentando un depósito real de agua caliente o bomba de calor, con contadores de calor, contadores de electricidad y estación meteorológica, un año	Rendimiento estacional, comportamiento de estancamiento, fiabilidad	$40k to $100k	12 meses
3. Certificación	IEC 61215 y 61730 (seguridad eléctrica y durabilidad), Solar Keymark (térmico), aprobaciones de edificios	Un producto que se puede vender y asegurar	$60k to $150k	9 a 12 meses

Las fases 0 a 2 cuestan aproximadamente $60,000 to $155,000. Estas son nuestras estimaciones de los costos típicos de laboratorio y monitoreo, no cotizaciones.

A quién necesitamos

• Ingeniero térmico solar Con experiencia en pruebas EN ISO 9806.
• Ingeniero de módulo fotovoltaico Quien entiende encapsulantes, ciclos térmicos e IEC 61215.
• Ingeniero de servicios de edificios (HVAC) Para dimensionar el lado del calor e integrar bombas de calor y almacenamiento.
• Especialista en monitorización para diseñar contadores calibrados de calor y electricidad.
• Socio de fabricación capaz de laminar y pegar intercambiadores de calor a volumen.
• Instaladores y fontaneros Dispuesto a probar una instalación combinada e informar el tiempo de trabajo real.

¿Tiene una mejor idea?

Tal vez tengas un mejor absorbente, una forma más barata de unirlos o una manera más inteligente de usar el calor. Algunos miembros de la Fundación Local Solar System pueden tener contactos que podrían escuchar un pitch para una idea de energía fuerte. Para ser presentada, una idea necesita un modelo real que funcione y que realmente produzca energía y calor, medido en un instrumento, no reclamado. Las ideas en papel también son bienvenidas: si la física y los números son sólidos, podemos publicarlas aquí en el sitio web. Recaudar capital sin un modelo de trabajo es muy difícil, y no podemos prometer financiamiento, retornos o introducciones.

Para PVT, la medición más barata que cuenta como un modelo de trabajo es un colector al aire libre junto a un panel ordinario idéntico, con las temperaturas del agua de entrada y salida, el caudal y la salida eléctrica de ambos paneles registrados durante unas pocas semanas soleadas. Eso muestra el calor ganado y la electricidad ganada o perdida. Envíala a través del formulario de contribución, y ve cómo PVT se compara con otras ideas en el radar de ideas.

Fuentes

1. Larrañaga, M. et al. (2020). Conceptos básicos de las tecnologías de colectores PVT, áreas de aplicación y mercado. IEA SHC Task 60, Report D5.
2. Skoplaki, E. y Palyvos, J.A. (2009). Sobre la dependencia de temperatura del rendimiento eléctrico de módulos fotovoltaicos: una revisión de las correlaciones eficiencia/potencia. Solar Energy 83(5), 614-624.
3. AEE INTEC y IEA SHC (2025). Solar Heat Worldwide, edición 2025, capítulo 5.4, Sistemas fotovoltaicos-térmicos.
4. IEA PVPS (2025). Instantánea de los mercados fotovoltaicos globales 2025.
5. IEA SHC Task 60 (2020). Documento de posición sobre la tecnología PVT.
6. Schubert, M. y Zenhäusern, D. (2020). Evaluación de rendimiento de sistemas PVT. IEA SHC Task 60, Report D2.
7. IEA SHC Task 60 (2020). Sistemas y soluciones PVT existentes, incluida la hoja informativa del nuevo ayuntamiento de Friburgo (según Réhault et al., 2019).
8. ISO (2017). ISO 9806:2017, Energía solar: colectores solares térmicos, métodos de ensayo.
9. Chow, T.T. (2010). Una revisión sobre la tecnología solar híbrida fotovoltaica/térmica. Applied Energy 87(2), 365-379.
10. Herrando, M., Markides, C.N. y Hellgardt, K. (2014). Una evaluación basada en el Reino Unido de sistemas fotovoltaicos y solares térmicos híbridos para calefacción y energía doméstica: rendimiento del sistema. Energía Aplicada 122, 288-309.
11. Lazard (junio de 2026). Costo de Energía Nivelado+, versión 19: comunidad y C&I solar $88 to $197 por MWh.
12. Eurostat (2026). Estadísticas de precios del gas natural: Promedio de los hogares de la UE 0,1228 € por kWh, segunda mitad de 2025.
13. Local Solar System Fundación (2026). El mural del ventilador: modelo abierto, punto de referencia solar en el techo.