Paneles de energía
solar fotovoltaica

Instalación de energía solar térmica

Planta de energia solar
Termoeléctrica

Colector solar

Colector solar

Los colectores solares son los elementos que capturan la radiación solar y la convierten en energía térmica, en calor. Se trata de un tipo de panel solar diseñado para usarlo en instalaciones de energía solar térmica. También es conocido como captador solar.

La función de la energía solar térmica es aprovechar la energía solar para obtener calor, para calentar un fluido. A diferencia de la energía solar fotovoltaica cuya función es generar electricidad.

Como colectores solares se conocen los de placa plana, los de tubos de vacío y los colectores absorbedores sin protección ni aislamiento. Los sistemas de captación planos (o de placa plana) con cubierta de vidrio son los comunes mayoritariamente en la producción de agua caliente sanitaria. El vidrio deja pasar los rayos del Sol, estos calientan unos tubos metálicos que transmiten el calor al líquido dentro. Los tubos son de color oscuro, ya que las superficies oscuras calientan más.

El vidrio que cubre el colector no sólo protege la instalación, sino que también permite conservar el calor produciendo un efecto invernadero que mejora el rendimiento del colector.

Están formados de una carcasa de aluminio cerrada y resistente a ambientes marinos, un marco de aluminio eloxat, una junta perimetral libre de siliconas, aislante térmico respetuoso con el medio ambiente de lana de roca, cubierta de vidrio solar de alta transparencia, y finalmente por tubos soldados ultrasónicos.

Componentes de un colector solar

Los colectores solares se componen de los siguientes elementos:

  • Cubierta: L cubierta de un colector solar es transparente, puede estar presente o no. Generalmente es de vidrio, aunque también se utilizan de plástico, ya que es menos caro y manejable, pero debe ser un plástico especial. Su función es minimizar las pérdidas por convección y radiación y por ello debe tener una transmitancia solar lo más alta posible. La presencia de la cubierta mejora el rendimiento termodinámico del panel solar.
  • Canal de aire: Es un espacio (vacío o no) que separa la cubierta de la placa absorbente. Su espesor se calculará teniendo en cuenta el fin de equilibrar las pérdidas por convección y las altas temperaturas que se pueden producir si es demasiado estrecho.
  • Placa absorbente: La placa absorbente es el elemento que absorbe la energía solar y la transmite al líquido que circula por las tuberías. La principal característica de la placa es que debe tener una gran absorción solar y una emisión térmica reducida. Como los materiales comunes no cumplen con este requisito, se utilizan materiales combinados para obtener la mejor relación absorción / emisión.
  • Tubos o conductos: Los tubos están tocando (a veces soldadas) la placa absorbente para que el intercambio de energía sea lo más grande posible. Para los tubos circula el líquido que se calentará e irá hacia el tanque de acumulación.
  • Capa aislante: La finalidad de la capa aislante es recubrir el sistema para evitar y minimizar pérdidas. Por qué el aislamiento sea lo mejor posible, el material aislante deberá tener una baja conductividad térmica para reducir la transferencia termodinámica de calor al exterior.
  • Acumulador: el acumularodor es un elemento ocional, a veces es una parte integral del panel solar y, en estos casos, a menudo está a la vista inmediatamente por encima o en las inmediaciones. Muy a menudo el acumulador no es parte del panel solar sino del sistema térmico.

Tipos de colectores solares

Los colectores solares térmicos se pueden dividir en algunos tipos de construcción:

  • Colectrores solares térmicos planos
    • no esmaltado o descubierto
    • vidriado
    • aire
  • Colectores solares térmicos al vacío
    • Tubo en U
    • Tubo de calor
  • Paneles solares térmicos con tanque integrado.
  • Paneles termosolares concentrados.

De estos tipos de panel solar destacamos los siguientes:

Colectores solares de placa plana

Colector solar plano. Energía solar térmica.El alma de un colector solar de placa plana es una verja vertical de tubos metálicos, para simplificar, que conducen el agua fría en paralelo, conectados por abajo por un tubo horizontal a la toma de agua fría y por arriba por otro similar al regreso.

La parrilla viene encajada en una cubierta, como la descrita más arriba, normalmente con doble vidrio para arriba y aislante por detrás.

En algunos modelos de colectores solares de placa plana, los tubos verticales están soldados a una placa metálica para aprovechar la insolación entre tubo y tubo.

Colectores solares de tubos de vacío "todo vidrio"

En un colector solar de tubos de vacío los tubos metálicos del sistema precedente se sustituyen por tubos de vidrio. Los tubos de vídrio están encapsulados, de uno con uno, en otro tubo de vidrio entre los que se hace el vacío como aislamiento.

Las grandes ventajas que presentan los colectores solares de tubos de vacío son su alto rendimiento. Por otro lado, en caso de que uno de los tubos se estropeara, no es necesario cambiar todo el panel por uno nuevo, sino que sólo hay que cambiar el tubo afectado. Por el contrario, como inconveniente tenemos que, en relación con los colectores solares de placa plana, estos resultan más caros.

Colectores solares de tubos de vacío con "tubos de calor" por cambio de fase

Este sistema aprovecha el cambio de fase de vapor a líquido dentro de cada tubo, para entregar energía a un segundo circuito de líquido de transporte.

Los elementos son tubos cerrados, normalmente de cobre, que contienen el líquido que, al calentarse por el sol, hierve y se convierte en vapor que sube a la parte superior donde hay un cabezal más ancho (zona de condensación), que en la parte exterior está en contacto con líquido transportador, que siendo más frío que el vapor del tubo capta el calor y provoca que el vapor se condense y caiga en la parte baja del tubo para volver a empezar el ciclo.

El líquido del tubo puede ser agua que, habiendo reducido la presión haciendo un vacío parcial, tendrá un punto de ebullición bajo para trabajar incluso con la insolación de los rayos infrarrojos en caso de nube.

El tubo de calor se puede envolver con una chaqueta de materiales especiales para minimizar las pérdidas por irradiación.

El tubo de calor se cierra dentro de otro tubo de vidrio entre los que se hace el vacío para aislar. Se suelen emplear tubos de vidrio resistente, para reducir los daños en caso de pequeñas granizadas.

Uso de los colectores solares

Los colectores solares se utilizan principalmente para suministrar agua caliente sanitária y calefacción o para generar electricidad.

En el caso de los colectores para agua caliente sanitaria y calefacción, el tanque almacena el agua doméstica que se pone en contacto con el fluido por medio de una bobina. La bobina permite que el fluido transfiera la energía caolrífica almacenada al agua sin contaminar el agua. Esta agua se puede utilizar como agua caliente en los hogares (integración del 80%) o se puede utilizar para complementar la calefacción del piso de las habitaciones (integración del 10%). Los paneles solares térmicos son capaces de suministrar agua caliente en buenas cantidades, pero no pueden reemplazar completamente los métodos habituales de calentamiento debido a la inconstancia de la energía solar.

Los colectores solares destinados a la generación de electricidad requieren que el intercambiador de calor se caliente hasta que esté herviendo. Una vez que el líquido ha cmpletado el cambio de fase termodinámica y ha pasado a la fase gaseosa, se envía a una turbina termoeléctrica que convertirá el movimiento del vapor de agua en energía eléctrica. Este tipo de sistema se llama termodinámica solar y requiere grandes espacios para la instalación de paneles solares y una presencia constante de sol. Se han instalado ejemplos de estas plantas en los desiertos.

valoración: 4.3 - votos 3

Última revisión: 31 de mayo de 2018

Volver