Colector solar
Un captador solar, también llamado colector solar, 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
Captadores de baja temperatura
- Captador solar plano, también llamado colector solar plano o panel solar térmico, consiste 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. Puede ser a su vez:
- Captador plano protegido: con un vidrio que limita las pérdidas de calor y aumenta la captación por efecto invernadero.
- Captador plano no protegido: sistema más económico y de bajo rendimiento, utilizado esencialmente para climatización de piscinas.
- Panel de tubos de vacío, 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 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 o Heat pipe:[1] el calor evapora un fluido en el tubo, y éste 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.
Colectores planos protegidos
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 bién existen modelos más grandes). La cara expuesta al sol está cubierta por un vidrio muy fino, mientras que las cinco caras restantes son opacas y están aisladas térmicamente.
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.
Colectores planos no protegidos
Son una variante económica de los anteriores donde se elimina el vidrio protector, dejando la placa expuesta directamente al ambiente exterior. Carecen también de aislamiento perimetral.
Dada la inmediatez y 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.
Captadores de alta temperatura
- 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.
Captación de muy alta temperatura
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 | 
|
Plano | 1 | 30-80 |
| Estacionario | Colector de tubo de vacío | 
|
Plano | 1 | 50-200 |
| Estacionario - Seguimiento en un eje | Colector parabólico compuesto |
|
Tubular | 1-15 | 60-300 |
| Seguimiento en un eje | Reflector lineal de Fresnel | - | Tubular | 10-40 | 60-250 |
| Seguimiento en un eje | Colector cilindrico | - | 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 | 
|
Puntual | 300-1500 | 150-2000 |
Funcionamiento de los colectores planos
Los colectores solares planos funcionan aprovechando el efecto invernadero —el mismo principio que se puede experimentar al entrar en un coche aparcado al sol en verano—. 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.
El sol incide sobre el vidrio del colector, que siendo transparente a la longitud de onda de la radiación visible, deja pasar la mayor parte de la energía. Ésta calienta entonces la placa colectora que, a su vez, se convierte en emisora de radiación en onda larga o (infrarrojos). Pero como el vidrio es opaco para esas longitudes de onda, 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.
Al paso por la caja, el fluido caloportador que circula por los conductos se calienta, y transporta esa energía térmica a donde se desee.
El rendimiento de los colectores mejora cuanto menor sea la temperatura de trabajo, puesto que a mayor temperatura dentro de la caja (en relación con la exterior), mayores serán las pérdidas por transmisión en el vidrio. También, a mayor temperatura de la placa captadora, más energética será su radiación, y más transparencia tendrá el vidrio a ella, disminuyendo por tanto la eficiencia del colector. Por la misma razón, también perderá rendimiento cuanto menor sea la temperatura exterior: al aumentar el salto térmico interior-exterior, aumentarán las pérdidas por trasmisión.
Aplicaciones
- 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 proporcior 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 sólo 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
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.
Perspectivas de uso en calefacción
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).
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 Energia Solar para Agua Sanitaria.
Véase también
Referencias
- ↑ «Energía solar con tubos de vacío». Consultado el 3 de febrero de 2009.
- ↑ «Compact Linear Fresnel Reflector» (en inglés). Consultado el 10 de febrero de 2009.