Un captador solar termico es una excelente alternativa si su objetivo es reducir el consumo de gas u otro combustible, ahorrar dinero y ayudar al medio ambiente.
A grandes rasgos diriamos que la funciòn de un captador solar termico es calentar agua para uso sanitario o generar calor utilizando la luz solar.
¿Qué es un captador solar termico?
Un captador solar termico es un dispositivo que captura la luz solar y la convierten en energía térmica , en calor.
Es un tipo de panel solar diseñado para su uso en instalaciones solares térmicas . También se lo conoce como un colector solar termico .
La función de la energía solar térmica es aprovechar la energía solar para obtener calor y calentar un fluido.
A diferencia de la energía fotovoltaica cuya función principal es la generaciòn de corriente electrica.
Son conocidos como colectores solares , aquellos con placas planas, aquellos con tubos de vacío y colectores absorbedores sin protección o aislamiento son conocidos.
Los sistemas de recolección planos (o de placa plana) con cubierta de vidrio son los más comunes en la producción de agua caliente sanitaria .
El vidrio deja pasar los rayos del Sol, calientan tubos metálicos que transmiten calor al líquido que está dentro.
Los tubos son de color oscuro, ya que las superficies oscuras se calientan más.
El vidrio que cubre el colector no solo protege la instalación, sino que también permite conservar el calor produciendo un efecto invernadero que mejora el rendimiento del colector.
Consisten en una carcasa de aluminio cerrada resistente a ambientes marinos, un marco de aluminio eloxat, una junta perimetral sin silicona, aislamiento térmico que respeta el entorno de lana de roca, cubierta de vidrio solar de alta transparencia y finalmente tubos ultrasónicos soldados.
¿Cuales son los elementos que componen un captador solar termico?
- Portada: es transparente, puede estar presente o no. Por lo general, está hecho de vidrio, aunque también se utiliza plástico, ya que es menos costoso y manejable, pero debe ser un plástico especial. Su función es minimizar las pérdidas por convección y radiación y, por lo tanto, 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 propósito de equilibrar las pérdidas por convección y las altas temperaturas que pueden ocurrir si es demasiado estrecho.
- Placa de absorción: la placa de absorción 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 este requisito, los materiales combinados se utilizan para obtener la mejor relación de absorción / emisión.
- Tubos o conductos: Los tubos están tocando (a veces soldando) la placa de absorción para que el intercambio de energía sea lo más grande posible. Para los tubos circula el líquido que se calentará e irá al tanque de acumulación.
- Capa aislante: el objetivo de la capa aislante es cubrir el sistema para evitar y minimizar las pérdidas. Por qué el aislamiento es lo mejor posible, el material aislante debe tener una baja conductividad térmica.
¿Cuales son los tipos de captadores solares?
Un colector solares un tipo de panel solar responsable de capturar la energía solar y transformarla en calor. También se llama colector solar térmico.
El colector solar es el elemento básico de esta fuente de energía renovable .
De los colectores solares hay muchos tipos. El colector solar utilizado dependerá del uso que se le dé.
Por ejemplo, si queremos calentar una piscina a una temperatura de 25-28ºC, en la primavera, necesitamos un sensor simple, ya que la temperatura ambiente será fácilmente de este orden o incluso mayor.
Por otro lado, si queremos calentar un fluido a temperaturas de 200ºC, necesitaremos colectores solares de concentración para concentrar la radiación solar y transferirla a un pequeño volumen de fluido.
Actualmente, en el mercado solar podemos diferenciar los siguientes tipos de captadores solares térmicos:
- Colectores solares planos o colectores de placa plana. Este tipo de panel solar captura la radiación solar recibida en una superficie para calentar un fluido. El efecto invernadero se usa a menudo para capturar el calor.
- Colectores solares térmicos de concentración de radiación solar . Este tipo de colector captura la radiación recibida en una superficie relativamente grande y la concentra por medio de espejos en una superficie más pequeña.
- Colectores solares térmicos del tubo de vacío . Este colector solar térmico consiste en un conjunto de tubos cilíndricos, formados por un absorbedor selectivo, ubicado en un asentamiento reflector y rodeado por un cilindro de vidrio transparente.
En aplicaciones solares de baja temperatura , es decir, a temperaturas inferiores a 80 ° C, como la calefacción de piscinas, la producción de agua caliente sanitaria o incluso la calefacción, se utilizan principalmente colectores solares térmicos de placa plana , con o sin cubierta acristalada, dependiendo en la aplicación.
Profundizamos un poco los tipos de captadores solares termicos
Captadores solares de placa plana
Panel solar termico , el núcleo del sistema es una compuerta vertical de tubos de metal, para simplificar, que conduce el agua fría en paralelo, conectada por un tubo horizontal a la entrada de agua fría y por encima de otra similar al retorno.
La parrilla está instalada en una cubierta, como la descrita anteriormente, generalmente con doble vidrio en la parte superior y aislamiento en la parte posterior.
En algunos modelos, los tubos verticales están soldados a una placa de metal para aprovechar la insolación entre el tubo y el tubo.
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Captadores solares de tubos de vacío «All glass»
En este sistema, los tubos de metal del sistema anterior son reemplazados por tubos de vidrio, encapsulados, uno por uno, en otro tubo de vidrio entre el cual se hace el vacío como aislante.
Las grandes ventajas de estos tipos de captadores solares termicos son su alto rendimiento y que, en caso de que uno de los tubos se dañe, no es necesario cambiar todo el panel por uno nuevo, sino que solo se debe cambiar el tubo afectado.
Por el contrario, como desventaja tenemos que, en relación con las placas planas, estas son más caras.
Captadores 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 suministrar energía a un segundo circuito de líquido de transporte.
Los elementos son tubos cerrados, usualmente de cobre, que contienen el líquido que, al ser calentado por el sol , hierve y se convierte en vapor .
Luego sube a la parte superior donde hay una cabeza más ancha (zona de condensación), que en la parte exterior está en contacto con el transportador líquido, que al ser más frío que el vapor del tubo captura el calor y hace que el vapor se condense y caiga en la parte inferior del tubo para reiniciar el ciclo.
El líquido del tubo puede ser agua que, al reducir la presión al hacer un vacío parcial, tendrá un punto de ebullición bajo para funcionar incluso con la insolación de los rayos infrarrojos en caso de que se forme una nube.
El tubo de calor se puede envolver con una chaqueta hecha de materiales especiales para minimizar las pérdidas debidas a la irradiación.
El tubo de calor se cierra dentro de otro tubo de vidrio entre el cual se hace el vacío para aislar. Tubos de vidrio resistentes a menudo se utilizan para reducir el daño en caso de pequeñas granizadas.
Conexión de captadores solares térmicos
Al definir y montar una instalación solar térmica , es necesario tener en cuenta que los colectores solares deben distribuirse en grupos.
Estos grupos de colectores solares térmicos siempre deben estar formados por unidades del mismo modelo y con una distribución lo más uniforme posible.
Hay dos opciones o tipos básicos para agrupar dos o más sensores: tipo serial o paralelo. Además, puede configurar un campo de captura combinando los dos grupos, que es lo que llamamos agrupaciones o circuitos mixtos.
Conexión de captadores solares en serie
En la conexión en serie, la salida del primer colector solar seconecta directamente con la entrada del siguiente, y así consecutivamente.
La temperatura del fluido de entrada a cada colector es mayor que la del colector anterior, por lo que a la salida de un grupo de colectores podemos obtener temperaturas más altas que si trabajáramos con el salto térmico de un solo colector.
Este tipo de conexión tiene la desventaja de que el rendimiento de los colectores disminuye proporcionalmente con el aumento de la temperatura de trabajo ; por lo tanto, este tipo de conexión solo se utiliza en aplicaciones muy específicas, y con un máximo de 6 a 10 m2 de colectores solares térmicos conectados en serie, de acuerdo con la zona climática.
En cuanto al comportamiento hidráulico de esta configuración, el flujo total del grupo de colectores será el equivalente al flujo de un único colector y, por el contrario, la pérdida de carga causada por el grupo será el equivalente a la suma del pérdida de carga de todos los colectores solares .
Conexión de un captador solar termico en paralelo
En la conexión de captadores solares en paralelo, tanto la salida como la entrada de los colectores están conectadas a puntos de entrada y salida comunes al resto de los colectores.
Con esta configuración, la temperatura del fluido de entrada es la misma en todos los colectores y sucede lo mismo con las temperaturas de salida, de forma que a la salida de la batería o del grupo de colectores obtenemos la temperatura como si estuviéramos trabajando con el salto térmico de un solo sensor.
Por lo tanto, todos los recolectores trabajan en el mismo punto de la curva de rendimiento. Esta conexión es la más común en instalaciones solares térmicas de baja temperatura .
Hidráulicamente, esta configuración nos presenta un flujo total del grupo, que es la suma de los flujos parciales de cada colector, mientras que la pérdida de carga del grupo será equivalente a la de un único colector solar térmico.
Conexión mixta de un captador solar termico
En algunas ocasiones, el volumen de los colectores y / o la necesidad de temperaturas más altas da como resultado instalaciones que combinan la disposición en serie y en paralelo. Llamamos a este tipo de conexión de paneles solares mixtos.
Equilibrio del campo de captación
Básicamente, hay dos metodologías para equilibrar el flujo de fluido de transporte de calor en un campo de colectores solares térmicos:
- Coincidencia de la longitud de los circuitos. Esto se logra con lo que se llama retorno invertido. Es decir, igualar la longitud de los tubos de conexión de todos los colectores solares para que el fluido tenga la misma pérdida de presión.
- Inserción de pérdidas de carga a través de la disposición de las válvulas de compensación en la entrada de las baterías del colector . Por lo tanto, cuanto más corta es la longitud del circuito, más pérdida de carga se aplica con la válvula correspondiente.