Ubicación sostenible y prefactibilidad técnico-económica de colectores solares para calentamiento de agua en viviendas de interés social

Abstract

El presente trabajo se enfoca en la evaluación y promoción de la energía solar térmica como alternativa sostenible para el calentamiento de agua en viviendas de interés social rural (VISR) en Colombia. En una primera etapa, se desarrolla una metodología de Toma de Decisiones Multicriterio (MCDM), apoyada en Sistemas de Información Geográfica (SIG), para identificar municipios idóneos para la implementación de sistemas solares térmicos. Se aplicaron técnicas como el Proceso de Jerarquía Analítica (AHP), la Suma Ponderada (Rank Sum) y la Combinación Lineal Ponderada (WLC), complementadas con un modelo digital de elevación que permite filtrar zonas con condiciones climáticas favorables.

En la segunda etapa, se simula el desempeño de un sistema de colector solar plano mediante el software libre System Advisor Model (SAM), con el objetivo de analizar su viabilidad técnica y energética en contextos rurales. Las simulaciones se basan en datos climáticos locales, perfiles de demanda térmica y especificaciones técnicas de colectores solares disponibles comercialmente. Los resultados indican que esta tecnología puede cubrir una proporción significativa de la demanda anual de Agua Caliente Sanitaria (ACS), en función de la ubicación geográfica y los patrones de consumo. Asimismo, se identifican factores críticos que afectan su rendimiento, como la orientación e inclinación del colector y el volumen del tanque de almacenamiento. Se concluye que la implementación de sistemas solares térmicos constituye una solución técnica y económica viable, además de socialmente equitativa, alineada con los principios de una transición energética justa en Colombia.

This thesis focuses on the assessing and promoting of solar thermal energy as a sustainable alternative for water heating in rural low-income housing (VISR) in Colombia. In the first stage, a Multi-Criteria Decision-Making (MCDM) methodology is developed, supported by Geographic Information Systems (GIS), to identify municipalities suitable for the implementation of solar thermal systems. Techniques such as the Analytic Hierarchy Process (AHP), Rank Sum, and Weighted Linear Combination (WLC) are applied, along with a digital elevation model to filter areas with favorable climatic conditions.

In the second stage, the performance of a flat-plate solar collector system is simulated using the open source System Advisor Model (SAM) software, with the aim of analyzing its technical and energy feasibility in rural contexts. Simulations are based on local climatic data, residential thermal demand profiles, and technical specifications of commercially available solar collectors. The results indicate that this technology can meet a significant portion of the annual Domestic Hot Water (DHW) demand, depending on geographic location and usage patterns. Key performance factors include collector orientation and tilt, as well as storage tank volume. The study concludes that the implementation of solar thermal systems represents a technically viable, economically feasible, and socially equitable solution, aligned with the principles of a just energy transition in Colombia.