El colector solar es el elemento fundamental del sistema en una instalación de energía solar, el cual transforma la energía solar radiante, en alguna otra forma de energía útil. Los captadores se pueden clasificar según diferentes características como la forma, el recubrimiento de los absorbedores, el diseño hidráulico interno, tipo y número de conexiones, espesor y calidad de aislamiento, proceso de fabricación, etc., siendo la primera clasificación más habitual en función de su configuración entre captadores planos y tubos de vacío. El captador de tubos de vacío está formado por un haz de tubos en el cuál, se elimina el aire a fin de reducir las pérdidas térmicas por conducción y convección entre el absorbedor y la cubierta de vidrio. El grado de vacío desempeña un papel fundamental para la disminución de las pérdidas térmicas. Todos los diseños de captadores solares tienen como objetivo el, por un lado, convertir con el mayor rendimiento posible la radiación que incide sobre el captador en calor transmitido al fluido caloportador, y por otro lado, buscar una mayor resistencia y durabilidad física acorde a las condiciones climáticas que va a tener que soportar el captador. En cuanto al tamaño, la superficie más habitual en los modelos comercializados hasta ahora está en torno a los 2 m². Debido a las coberturas exigidas en el Código Técnico de la Edificación junto con el objetivo del abaratamiento de las instalaciones, el mercado español está tendiendo a áreas próximas a los 2,5 m². Estos diseños varían considerablemente en cuanto a calidad, rendimiento, construcción y coste, que analizando cada uno de los componentes, vemos la evolución del captador en su conjunto. Los elementos que componen un captador solar plano son: el absorbedor, la carcasa, la cubierta transparente y el aislamiento térmico.
Absorbedor Hoy día, se usa el cobre en la mayoría de los captadores para los tubos distribuidores y los tubos finos del absorbedor al igual que para la lámina absorbedora. Se suele usar acero inoxidable o plástico sólo en aplicaciones en las que un medio agresivo fluya directamente a través del absorbedor, como por ejemplo, el agua de las piscinas. Por razones técnicas de fabricación, así como en la aplicación del recubrimiento, se empleaban principalmente los absorbedores de aletas. Actualmente, tanto los absorbedores tipo parrilla como los de tipo serpentín se fabrican predominantemente empleando láminas metálicas del tamaño del absorbedor completo, en vez de con aletas individuales. Debido a que las superficies de metal reflejan la luz en un grado relativamente elevado y esto influye notablemente al rendimiento del captador, es necesario proveer a los absorbedores de metal de un recubrimiento de manera que no se produzca esta reducción de rendimiento. En los inicios de la tecnología solar térmica se usaban pinturas solares negras sin propiedades selectivas, especialmente desarrolladas para este propósito. Posteriormente, empezaron a usarse los denominados recubrimientos selectivos. Estos presentan la ventaja con respecto a las pinturas de tener una emisividad (e) muy reducida para las longitudes de onda larga en que se emite el absorbedor y, por consiguiente reducen las pérdidas térmicas del captador. Actualmente, los recubrimientos selectivos de mayor rendimiento están formados por óxidos de metal en una matriz cerámica, caracterizados por una alta absortancia en las longitudes de onda corta de la radiación solar (hasta 0,97) y, al mismo tiempo, una baja emisividad en las longitudes de onda larga (hasta un 0,05).
Carcasa o caja del captador La carcasa es el elemento del colector sobre el que descansan cada uno de los elementos que componen el captador. La carcasa a su vez protege a cada uno de los elementos de agentes externos tanto climatológicos como físicos. La carcasa ha de tener la suficiente rigidez para resistir la fuerza del viento así como los diferentes agentes climatológicos que puedan crear presión sobre el catador. Ha de ser resistente a las variaciones de temperatura que pueda sufrir tanto en verano como en invierno al encontrarse a la intemperie. La corrosión debida a la intemperie y a las impurezas que se encuentran en la atmósfera, y especialmente en ambientes marinos, es la mayor causa de corrosión en las carcasas metálicas, sobre todo en el acero. Hoy día, las carcasas que se fabrican para los captadores son principalmente de aluminio principalmente debido a estos problemas de oxidación que se encontraron cuando se empleaban chapas embutidas de acero galvanizado.
Cubiertas transparentes del captador La cubierta de un captador cumple principalmente dos funciones, por un lado, como sistema de protección del absorbedor y el aislamiento térmico dentro de la carcasa frente a objetos externos que puedan caer sobre el absorbedor. Por otro lado, gracias a sus características físicas, el captador es diseñado de tal manera que se crea un efecto invernadero dentro del captador de manera que permite la entrada de radiación solar de onda corta y no deja salir la radiación de onda larga, constituyendo de esta manera el aislamiento térmico. Actualmente se consigue con vidrios con bajo contenido en hierro. Las cubiertas de plástico eran muy frecuentes en los inicios de la tecnología solar. Con frecuencia se combinaba con una segunda cubierta también de plástico con el fin de conservar mayor calor en el interior del captador. Este diseño de doble cubierta se ha ido abandonando, al irse expandiendo en el mercado los recubrimientos selectivos de calidad mejorada. En la actualidad, las cubiertas son fabricadas de vidrio transparente con bajos contenidos de hierro y las siguientes características:
• Absorber la mínima cantidad posible de radiación en su interior, para evitar la pérdida de calor debido a los puentes térmicos.
• Mínimos coeficientes de reflexión, evitando de esta manera pérdida de radiación entrante al captador.
• Robustez y resistencia de los efectos causados por el medio ambiente (lluvia, granizo, viento, radiación ultravioleta, etc.), y a las grandes fluctuaciones térmicas.
Aislamiento térmico El aislamiento del colector se sitúa entre la carcasa y la placa absorbente reduciendo las pérdidas de calor por trasmisión, en la parte posterior y lateral del colector. Inicialmente, el aislamiento más utilizado para los captadores solares consistía casi exclusivamente en paneles de poliuretano rígido expandido. Los aislantes para un colector han de cumplir unos requisitos mínimos en función de las condiciones en que han de trabajar:
• Resistencia a la alta temperatura: hay que tener en cuenta que alrededor de la placa absorbente se van a alcanzar altas temperaturas (»150°C) y por tanto, el aislamiento debe resistir esas temperaturas sin deteriorarse ni degradarse por envejecimiento.
• Vapores: algunos aislante, debido a las altas temperaturas, pueden llegar a desprender vapores de las sustancias de que están compuestos. Estos vapores pueden llegar a ser muy negativos en el rendimiento del colector si consiguieran depositarse sobre el absorbedor o sobre la cubierta transparente.
• Humedad: los aislantes han de ser resistentes a la humedad que se puede crear dentro de un colector. Esta humedad puede entrar dentro del captador por los orificios de ventilación o por la rotura de alguna junta de estanqueidad. La lana de vidrio, por ejemplo, pierde una gran parte de sus cualidades aislantes mientras está impregnada de humedad. Tales aislantes deben ser protegidos cuidadosamente contra la penetración accidental de agua y contra las condensaciones que puedan humedecerlos.
Hoy día, además de lana de vidrio y lana mineral para la mayoría de los modelos del mercado, se suelen emplear resina de melanima y espumas de poliuretano. |
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