Instalación de energía solar térmica

Planta de energia solar
Termoeléctrica

Captador solar plano

Captador solar plano

El captador solar térmico de placa plana tiene una buena relación coste / efectividad en climas moderados y se adapta correctamente a un gran número de aplicaciones (el calentamiento de agua sanitaria, la climatización de piscinas, el apoyo a calefacción, el precalentamiento fluidos industriales, etc.).

Podemos distinguir dos tipos básicos de captadores de placa plana, en función de la configuración del absorbedor: el paralelo de "tipo parrilla", en las versiones vertical y horizontal y la serie de "tipo serpentín". Básicamente, la diferencia que hay entre ambos es:

  • La configuración en paralelo favorece que se pueda estratificar la temperatura del captador con mayor volumen de circulación del agua por las ramificaciones del interior del captador y obtener un salto térmico de aproximadamente 10ºC con un buen rendimiento.
  • La configuración en serie está compuesta por un único circuito continuo con poco volumen de agua de circulación y un salto térmico superior, con un buen rendimiento.

Funcionamiento del captador solar plano

El funcionamiento de un captador es muy básico. De hecho, cualquier cuerpo expuesto al Solrecibe un flujo energético que la calienta y, por tanto, hace que aumente la temperatura.

Un cuerpo a una temperatura dada emite energía a su alrededor, en forma de radiación, y ésta depende directamente de la diferencia de temperaturas entre la temperatura del cuerpo y la temperatura ambiente.

Si refrigeramos el captador haciéndole pasar un fluido por el interior, se aprovecha este calor, con lo que se consigue que una parte de la energía captada se transmita hacia este fluido como energía útil. El resto de energía se sigue perdiendo en forma de radiación desde el captador hacia el ambiente exterior. En este caso, la temperatura de trabajo es siempre inferior a la de equilibrio.

Si queremos obtener un buen rendimiento, hay que trabajar los captadores a la temperatura más baja posible, siempre que sea suficiente para el uso que se quiera dar.

La energía aprovechada se saca del captador mediante el fluido caloportador, generalmente formado por una mezcla de agua con anticongelante e inhibidores de la corrosión.

Principios físicos del funcionamiento del captador solar plano

El captador solar funciona a partir de la aplicación de los principios físicos siguientes:

El cuerpo negro (el absorbedor)

La radiación solar incidente es parcialmente absorbida por los cuerpos. El resto es reflejada o los atraviesa.

La relación entre estos efectos depende de:

  • La naturaleza del cuerpo.
  • El estado de la superficie.
  • El grueso del cuerpo.
  • El tipo de radiación. La longitud de onda.
  • El ángulo de incidencia de los rayos solares.

Los cuerpos oscuros y mates captan mejor la radiación solar que cualquier otro color; por eso el absorbedor del captador solar suele ser de colores oscuros, para aprovechar al máximo laradiación solar.

El efecto invernadero

Este efecto se genera en algunos cuerpos transparentes, que normalmente sólo son atravesados ​​por radiaciones con longitud de onda entre 0,3 y 3 micras. Dado que la mayor parte de la radiación solar está comprendida entre 0,3 y 2,4 micras, la luz solar puede atravesar un vidrio. Una vez atravesado, la radiación encuentra el absorbedor, que se calienta por la radiación solar y emite radiaciones comprendidas entre los 4,5 y 7,2 micras para las que el vidrio es opaco.

Esta radiación que no puede salir es reflejada hacia el interior de nuevo. Una parte de esta energía calienta el vidrio y el cristal la remite hacia dentro y hacia fuera.

Algunos plásticos (como el policarbonato) tienen un comportamiento similar al vidrio (dejan pasar las radiaciones de onda corta procedente del Sol y detienen las emisiones de onda larga que proceden de la placa absorbedora).

El aislamiento

El tercero de los principios físicos que intervienen en el funcionamiento de los captadores es el aislamiento del conjunto respecto del exterior, formado normalmente por un revestimiento interno de la caja contenedor.

Componentes de un captador solar plano

El captador solar plano con cubierta vidriada es el más empleado para instalaciones de producción de agua caliente sanitaria. Este equipo está formado por los elementos siguiente:

Absorbedor

Es el elemento que intercepta la radiación solar en el interior del captador y es el encargado de transformar la energía solar en energía térmica.

El absorbedor está formado, habitualmente, por una lámina metálica, normalmente de cobre (buen conductor térmico) que se oscurece básicamente con:

1. Una fina película de pintura negra calórica, que resiste temperaturas de trabajo superiores a los 100ºC.

2. Un tratamiento selectivo, basado en deposiciones electroquímicas o pinturas con óxidos metálicos que tienen una alta absorción de la radiación solar (onda corta) y una baja emisividad del calor (onda larga).

El absorbedor incorpora una parrilla de conducciones por donde circulará el fluido caloportador.

Cubierta transparente

Tiene la función de aislar el captador de las condiciones ambientales exteriores -aunque deja pasar la radiación solar - que provocan el efecto invernadero. Normalmente está formada por una sola lámina de vidrio templado (resistente) con bajo contenido en hierro (muy transparente) de 4 mm de espesor aproximadamente.

Aislamiento

Este elemento, tal como ocurre en el resto de aplicaciones, cumple la función de evitar las pérdidas de calor del interior del captador -concretamente del absorbidor- hacia el exterior y está formado normalmente por planchas de espumas sintéticas (poliuretano, cianurados, fibra de vidrio, etc.) ubicadas a los lados y en la parte posterior del captador.

Carcasa

La carcasa tiene la función de alojar el resto de componentes. Este cierre normalmente está formado por un perfilado de aluminio anodizado que garantizará una resistencia del conjunto, incluso, en las condiciones extremas de trabajo. Asimismo, la carcasa, dispondrá de unas perforaciones de desagüe de condensados, en la parte inferior.

Otros tipos de captadores solares térmicos

Captadores planos sin cubierta

Tal como su nombre indica, los captadores sin cubierta constan básicamente del elemento absorbedor, formado generalmente por un conjunto de tubos de material plástico, EPDM, caucho o polipropileno.

Este tipo de captadores solares son muy económicos y fáciles de instalar ya que habitualmente presentan configuraciones flexibles que permiten colocarlos sobre cualquier superficie.Además, son resistentes a la corrosión y permiten configuraciones de calentamiento directo como en el caso del calentamiento de piscinas.

En contrapartida, los captadores sin cubierta con absorbedor sintético suelen tener curvas de rendimiento muy inclinadas ya que, al no tener vidrio tienen muy buen comportamiento óptico pero, en cambio, pierden rápidamente su rendimiento cuando la temperatura ambiente está por debajo de la temperatura de trabajo o con una velocidad de viento elevada.

Por ello, este tipo de captadores, sólo son aconsejables en aplicaciones a baja temperatura en que la temperatura de trabajo esté próxima a la temperatura ambiente como, por ejemplo, para alargar la temporada de baño en piscinas descubiertas. Una variable de este tipo de captadores sin cubierta son los captadores de plancha metálica embutida y decalada, diseñados específicamente para aplicaciones en circuito cerrado.

Esta variante presenta un mejor rendimiento térmico del captador y permite usarlo para producir agua caliente sanitaria u otras aplicaciones de baja temperatura. Otro ejemplo de este tipo de captador disponible en nuestro mercado, consiste en una cubierta multifuncional que combina las cualidades de una cubierta metálica de acero inoxidable sin mantenimiento con la eficiencia de un captador solar de superficie selectiva.

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Última revisión: 30 de mayo de 2018