Colector solar

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Un captador solar, también llamado colector solar o panel solar térmico, es cualquier dispositivo diseñado para recoger la energía radiada por el sol y convertirla en energía térmica. Los colectores se dividen en dos grandes grupos: los captadores de baja temperatura, utilizados fundamentalmente en sistemas domésticos de calefacción y agua caliente sanitaria, y los colectores de alta temperatura, conformados mediante espejos, y utilizados generalmente para producir vapor que mueve una turbina que generará energía eléctrica.

Tipos[editar]

Captadores de baja temperatura[editar]

captadores solares planos.

Captador solar plano[editar]

Consisten en una caja plana metálica que aloja los dispositivos necesarios para la circulación de un fluido, que se calienta a su paso por el panel debido al efecto invernadero —el mismo principio que se puede experimentar al entrar en un coche aparcado al sol en verano—. La luz visible calienta la placa colectora que, a su vez, se convierte en emisora de radiación de onda larga. El vidrio actúa como filtro para ciertas longitudes de onda de la luz solar: deja pasar fundamentalmente la luz visible, y es menos transparente a las ondas infrarrojas de menor energía, por lo que, a pesar de las pérdidas por transmisión —el vidrio es un mal conductor térmico—, el recinto de la caja se calienta por encima de la temperatura exterior.

  • Captador plano protegido: cuentan con un vidrio fino en la cubierta que limita las pérdidas de calor y aumenta la captación por efecto invernadero. El resto de caras están aisladas térmicamente. Son los más utilizados por tener la relación coste-producción de calor más favorable. En ellos, el captador se ubica en una caja rectangular, cuyas dimensiones habituales oscilan entre los 80 y 120 cm de ancho, los 150 y 200 cm de alto, y los 5 y 10 cm de espesor (si bien existen modelos más grandes). Dentro de la caja, expuesta al sol, hay una placa metálica. Esta placa está unida o soldada a una serie de conductos por los que fluye un caloportador —generalmente agua, glicol, o una mezcla de ambos—. A dicha placa se le aplica un tratamiento superficial selectivo para que aumente su absorción de calor, o simplemente se la pinta de negro.
  • Captador plano no protegido: sistema más económico y de bajo rendimiento, utilizado esencialmente para climatización de piscinas. Se elimina el vidrio protector, dejando la placa expuesta directamente al ambiente exterior, y también el aislamiento perimetral. Dada la simplicidad de este tipo de paneles, existen multitud de subvariantes tanto en formas como en materiales: conceptualmente, una simple manguera enrollada y pintada de negro es, en esencia, un colector solar plano no protegido. Debido a su limitada eficiencia, necesitan una superficie más grande para conseguir las prestaciones deseadas, pero pueden compensarlo por su bajo coste.

Panel de tubos de vacío[editar]

Donde la superficie captadora está aislada del exterior por un doble tubo de vidrio que crea una cámara al vacío. 196 % más eficientes que los captadores planos por su forma cilíndrica,[cita requerida] que hace recibir siempre los rayos perpendicularmente. Existen tres sistemas:

  • Flujo directo: el fluido circula por los tubos, como en los captadores planos.
  • Flujo indirecto con heat pipe:[1] el calor evapora un fluido en el tubo, y este transmite su energía al condensarse en el extremo.
  • Flujo indirecto sin heat pipe La diferencia con el anterior es que es construido al 100 % con cristal de borosilicato, evitando la utilización de cobre, por lo que abarata aún más sus costes, además eleva el rendimiento un 30 % con respecto a los tubos de vacío con Heat-Pipe.[cita requerida]

Captadores de alta temperatura[editar]

Concentradores solares de espejo parabólico.
  • Concentrador solar: el fluido se calienta a alta temperatura mediante espejos parabólicos. Pueden ser:
    • Sistemas lineales (disposición cilíndrica): el fluido se calienta al recorrer una tubería situada en el foco de la parábola
    • Sistemas puntuales (disposición esférica): con forma de paraboloide de revolución, utilizado para concentrar más los rayos y obtener así temperaturas más altas cuando la infraestructura es de dimensiones limitadas.
  • Espejos planos o lentes Fresnel lineales,[2] con idéntica función que los concentradores solares lineales.

Captadores de muy alta temperatura[editar]

Llamada a veces horno solar, son sistemas para obtener muy altas temperaturas. Antiguamente se hizo con concentradores parabólicos fijos (horno solar de Odeillo) y actualmente se hace con campos de espejos planos orientables que dirigen su reflejo y lo concentran en un único punto situado en una torre, en la que se genera vapor de agua que suele servir para producir electricidad.

Movimiento Tipo de colector Imagen Tipo de absorción Ratio de concentración Rango de temperaturas indicativo (ºC)
Estacionario Captador solar plano Col.lectorsolartermosifó.jpg Plano 1 30-80
Estacionario Colector de tubo de vacío Vakuumroehrenkollektor 01.jpg Plano 1 50-200
Estacionario - Seguimiento en un eje Colector parabólico compuesto Solar Array.jpg Tubular 1-15 60-300
Seguimiento en un eje Reflector lineal de Fresnel - Tubular 10-40 60-250
Seguimiento en un eje Colector cilíndrico - Tubular 10-40 60-300
Seguimiento en un eje Colector parabólico - Tubular 10-40 60-400
Seguimiento en dos ejes Reflector de disco parabólico - Puntual 600-2000 100-1500
Seguimiento en dos ejes Colector por campo de heliostatos PS10 solar power tower 2.jpg Puntual 300-1500 150-2000

Aplicaciones[editar]

Los colectores solares tienen múltiples usos, entre los que se encuentran: preparación de agua caliente para usos sanitarios, climatización de piscinas, calefacción, frío solar, crear vapor, cocinar, esterilización, pasteurización, desalinización, lavado, secado, tintado, entre otras, tanto a nivel doméstico como industrial.

Dependiendo de la estación del año, tanto en viviendas unifamiliares como en edificios, las instalaciones de energía solar térmica pueden proporcionar entre el 30 % y el 100 % del agua caliente demandada, con medias anuales en torno al 40-100 % (dependiendo de la zona geográfica), por lo que necesitan el apoyo de sistemas convencionales de producción de agua caliente.

Utilizados para calefacción solo son indicados para sistemas de baja temperatura, como el suelo radiante, donde se emplean para precalentar el agua de la caldera. Según los diferentes estudios que se consulten, la reducción del consumo obtenida se estima entre un 25-45 %, aunque en la práctica no suele ser económicamente rentable dimensionar la instalación para reducciones de consumo mayores a un 30 %. El problema con el uso para calefacción es que los días en que las necesidades de calefacción son mayores, la captación y el rendimiento de los colectores son menores. Mientras que cuando los paneles son más eficientes, las necesidades de calefacción son menores.

Para calefaccionar espacios se puede también hacer circular aire a través de paneles especialmente diseñados para ello, proporcionando calefacción directa sin los riesgos operativos que presenta el agua (aunque con menos eficiencia, debido a la menor capacidad caloportadora del aire).

El uso de paneles solares térmicos es particularmente adecuado para la climatización de piscinas, pues la baja temperatura de trabajo requerida permite incluso tipologías de colectores sin vidrio protector, lo que abarata enormemente tanto los costes como el impacto ambiental de la instalación. Además, no necesitan acumulador puesto que es la propia agua de la piscina la que actúa como tal.

Está en desarrollo el empleo de colectores para refrigeración con máquinas de absorción, pues al contrario que en calefacción, la mayor demanda de refrigeración coincide con el mejor rendimiento de los colectores.

Instalación[editar]

La instalación de un colectar solar es relativamente fácil si se tiene en cuenta varios factores:

  • La orientación de la placa debe ser dirigida al sur con una tolerancia de ±10º (hemisferio norte)
  • Deben tener una inclinación sobre la horizontal igual a la latitud del lugar; también con ±10º de tolerancia.
  • No subestimar la fuerza del viento - el anclaje no solo debe que aguantar el peso sino también fuerzas en sentido contrario
  • No olvidar un vaso de expansión
  • El sensor térmico debe estar lo más cerca posible de la salida de agua del colector para obtener la temperatura máxima.

El rendimiento de los colectores mejora cuanto menor sea el salto térmico, es decir, la diferencia de temperatura entre este y el exterior. Por lo tanto, la eficiencia disminuye al aumentar la temperatura de trabajo, —puesto que aumentan las pérdidas por transmisión en el vidrio, su radiación es más energética más energética y el vidrio es más transparente a ella— y al disminuir la temperatura exterior. El captador solar plano puede ser a su vez protegido o no protegido.

Perspectivas de uso en calefacción[editar]

Se estima que el 80 % del consumo energético de una vivienda se produce en forma de agua caliente a baja temperatura (calefacción y agua caliente sanitaria).[cita requerida]

Los colectores solares planos no son tecnológicamente complejos, por lo que su margen de evolución es muy limitado. No obstante, actualmente consiguen captar en torno al 98 % de la energía recibida del sol (compárese con el 15-20 % de los paneles solares fotovoltaicos comunes).

Por ejemplo, en Ciudad de México, se obtienen 15 MJ/día/m² en verano, y 8-10 MJ/día/m² en invierno.[cita requerida]

Si bien hasta finales de 2006 su empleo en calefacción era económicamente discutible y su viabilidad dependía de subvenciones estatales, hoy en día y debido sobre todo al aumento del precio del petróleo, constituyen una interesante inversión.

Sin embargo, el principal escollo que tiene que superar esta tecnología es su escasa utilización a lo largo del año: la demanda anual de calefacción, a diferencia del agua caliente, no se reparte homogéneamente, sino que se concentra en los meses más fríos, que además coinciden con los de menos luz solar. Por este motivo, los paneles de calefacción permanecen inactivos la mayor parte del año, dificultando su amortización en el tiempo. La utilización masiva de paneles solares térmicos dependerá por tanto de nuestra capacidad para dotarlos de uso en verano, por ejemplo para refrigeración. Otras mejoras menores incluirían qué hacer con el calor sobrante en los meses en los que, aun disponiendo de ellos para refrigeración, no se utilicen los colectores (como en primavera u otoño), ya que si no se disipa adecuadamente, el exceso de calor puede destruir los colectores, por lo que hay que dotarlos de sistemas de prevención tales como pequeños radiadores exteriores, que elevan el coste de la instalación.

Por último, su uso para calefacción está viéndose amenazado por la popularización creciente de la calefacción geotérmica.

Estándares[editar]

El estándar EN 12975 es el que se utiliza para las pruebas de los captadores solares.[3]

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. «Energía solar con tubos de vacío». Consultado el 3 de febrero de 2009. 
  2. «Compact Linear Fresnel Reflector» (en inglés). Consultado el 10 de febrero de 2009. 
  3. Understanding EN 12975.

Enlaces externos[editar]