Cual es la mejor opción para calentar el agua de una piscina todo el año (no sólo alargar la temporada de baño)

Solo aclarar algunas cosas sobre lo que comentas.

Primeramente, el sistema de termosifón esta basado en el mismo principio que las placas solares de calefacción de agua que descartabas. La diferencia es que no necesitan de bomba para mover el agua por su circuito sino que utilizan el efecto sifón para realizarlo. Pero igualmente este sistema necesita de un aporte de energía solar para funcionar.

Por otro lado desconozco tu lugar de residencia pero en España las bombas de calor son frecuentemente instaladas en piscinas. Además añadir que aun no siendo renovables, cuentan con alta eficiencia. Algunos modelos de hasta 1:6 es decir por cada kw de energía eléctrica que aportas te devuelve 6 kw de energía térmica, lo que las hacen muy interesantes para la calefacción de una piscina. Estos equipos se pueden complementar con captadores solares para mejorar su rendimiento si quisieras disponer de energías renovables en tu sistemas, aunque complicaría un poco la instalación.

Por otro lado en una piscina cerrada también se debe de disponer de un deshumificador, ya que hay que controlar la evaporación que se produciría en la piscina.

Por ultimo comentarte que estos sistemas que te comento si bien alargarían el tiempo de uso de la piscina, no servirían para todo el año con las temperaturas de 0º grados que comentas. Habría que sobredimensionar en gran medida para poder bañarse durante todo el año, con el consiguiente sobrecoste.

La pregunta que planteas es compleja, puesto que son muchos los factores implicados y porque pides una comparación en base a dos factores: eficiencia energética y economía, los cuales no tienen por qué ser coincidentes. Es decir, puedes tener el sistema energético más eficiente, pero puede no ser el más rentable económicamente durante el periodo de tiempo en el cual quieres calcular su viabilidad financiera.

Dicho esto, puesto que los datos de la instalación que planteas son genéricos, te daré una respuesta genérica pero espero que útil.

Lo que debieras hacer sería dimensionar cada una de la instalaciones térmicas a estudio (geotérmica, solar térmica, caldera gas, convencional, etc.) para satisfacer una misma demanda térmica anual (la cual dependería del tamaño de la piscina, de sus periodos de uso, temperaturas de consigna, temperaturas ambiente, ubicación, etc.). En el caso de instalaciones solares térmicas debieras tener en cuenta también el cálculo de pérdidas por sombras (te paso un enlace interesante al respecto). Una vez dimensionadas todas las instalaciones habría que pedir precio a instaladores para presupuestar tu fabricación, montaje y mantenimiento.

Tendrías que tener en cuenta también el precio de cada una de las energías primarias con las que trabaja cada tecnología (por ejemplo, si fueras a emplear una caldera de biomasa debieras tener una referencia del coste del pellet a emplear. En el caso de la solar térmica la energía primaria, la radiación solar, es gratuita).

Conocido el coste de la inversión a realizar (fabricación y montaje), el del mantenimiento y coste de energía, y establecido un periodo de tiempo común para todas ellas en el cual analizar la rentabilidad, deberías calcular los indicadores de rentabilidad TIR y VAN. Comparando los resultados de TIR y VAN de cada tecnología empleada podrás elegir la más conveniente acorde a este criterio.

El indicador de eficiencia energética habría que hacerlo de una manera similar, pero en este caso comparando el ratio de energía aprovechada entre energía primaria necesaria.

A efectos profesionales el criterio de elección más empleado es sin duda el la comparación de indicadores de rentabilidad.

Para instalaciones solares fotovoltáicas te recomiendo PVSyst (aunque no conozco ninguna piscina calentada exclusivamente con electricidad, aunque ésta sea fotovoltáica).

Para el cálculo de instalaciones solares térmicas y su rentabilidad económica recomiendo Kalkener.

Para el caso de calderas en sencillo y hay bastante software, aunque los informes de rentabilidad económica generados no son ni de lejos tan buenos como los que generan los dos que te acabo de comentar (en el caso de PVSyst no lo sé pero los de Kalkener son informes de entre 20 y 30 páginas en formato editable).