El colector solar de placa plana es un tipo de panel solar térmico cuyo objetivo es transformar la radiación solar en energía térmica.
Este tipo de paneles solares térmicos tienen una buena relación coste / efectividad en climas moderados y se adapta correctamente a un gran número de aplicaciones térmicas, como por ejemplo:
- Producción de agua caliente sanitaria (ACS).
- Climatización de piscinas.
- Apoyo a la calefacción mediante energía solar térmica.
- Precalentamiento de fluidos industriales.
Partes de un colector solar plano
El colector solar plano está formado por los siguientes elementos:
1. Absorbedor
El 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. Los cuerpos oscuros y mates captan mejor la radiación solar que cualquier otro color.
Hay dos formas de oscurecer el absorbedor:
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Una fina película de pintura negra calórica resiste a altas temperaturas.
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Un tratamiento selectivo, basado en deposiciones electroquímicas o pinturas con óxidos metálicos que tienen una alta absorción de la radiación solar y una baja emisividad del calor.
El absorbedor incorpora una parrilla de conducciones por donde circulará el fluido caloportador.
2. Cubierta transparente
La cubierta transparente tiene la función de aislar el colector solar de las condiciones ambientales exteriores y dejar pasar la radiación solar. Esta cubierta es la que provoca el efecto invernadero.
Normalmente está formada por una sola lámina de vidrio resistente de 4 mm de espesor aproximadamente.
Ésta parte solo está presente en los colectores solares planos vidriados.
3. Aislamiento
El aislamiento tiene la función de evitar las pérdidas de calor del interior del captador -concretamente del absorbedor- hacia el exterior. Normalmente está formado por planchas de espumas sintéticas (poliuretano, cianurados, fibra de vidrio, etc.) ubicadas a los lados y en la parte posterior del panel solar.
4. Carcasa
La carcasa sirve para alojar el resto de componentes del colector solar.
Este cierre normalmente está formado por un perfilado de aluminio que garantiza una resistencia del conjunto, incluso, en las condiciones extremas de trabajo. Además, la carcasa dispone de unas perforaciones de desagüe de condensados en la parte inferior.
¿Cómo funciona un colector solar plano?
El funcionamiento de un colector solar plano se basa en la transferencia de calor.
La radiación solar incide sobre el absorbedor de calor del colector. Cuando la radiación impacta contra la superficie del absorbedor parte de su energía se convierte en calor. Consecuentemente, aumenta la temperatura del captador solar.
Si hacemos pasar un fluido por el interior del colector, parte de este calor se transfiere al líquido de acuerdo con las primera y segunda ley de la termodinámica. El resto de energía se sigue perdiendo en forma de radiación desde el colector solar térmico hacia el ambiente exterior.
Si queremos obtener un buen rendimiento y reducir el consumo energético, hay que trabajar los captadores a la temperatura más baja posible.
Tipos de colectores solares planos
Podemos clasificar los colectores solares de placa plana de dos formas distintas.
Por una parte, si los clasificacamos en función de la configuración del absorbedor tenemos:
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Configuración del absorbedor en paralelo: este tipo de colector se puede utilizar en posición horizontal y vertical. La configuración en paralelo permite la estratificación de la temperatura en el colector, ya que el mayor volumen de agua circula por las ramificaciones internas del captador.
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Configuración del absorbedor en serie: está compuesta por un único circuito continuo, con un menor volumen de agua circulante y un mayor salto térmico, lo cual le otorga un buen rendimiento.
Por otra parte, también podemos distinguir los captadores solares según si estan vidirados o no:
- Vidriado: se utiliza principalmente en sistemas de calefacción de agua doméstica o en otras instalaciones de calefacción. Su temperatura de funcionamiento oscila entre 30 °C y 60 °C. Este colector consiste en una caja aislada cubierta por acristalamiento. Dentro de esta caja, un absorbente transmite calor al fluido que circula a través de él. El acristalamiento bloquea la radiación infrarroja y aísla el espacio de aire sobre el absorbente, reteniendo así el calor.
- No vidriado: este tipo de colector es más económico, aunque menos común. Dependiendo de la temperatura exterior, generalmente se usa en sistemas de calefacción de piscinas o, en ocasiones, como sistema de calefacción de agua caliente en regiones cálidas. En zonas templadas, la temperatura de funcionamiento es generalmente inferior a 30 °C.
Ventajas de los captadores solares vidriados
Este tipo de colectores disponen de una cubierta transparente que atrapa la radiación que rebota del absorbedor y aumenta la eficiencia global. Para conseguirlo la cubierta transparente del colector genera un efecto invernadero.
El efecto invernadero 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 que no pueden volver a atravesar el vidrio.
Esta radiación solar 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.