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Colector Solar: qué es y cómo funciona

El colector solar es el componente principal de la energía solar térmica que convierte la radiación solar en calor. Descubre su funcionamiento y tipologías

La energía solar térmica es un sistema que aprovecha la energía solar para producir energía térmica. En la base de este mecanismo se encuentra un colector solar que capta la energía solar en forma de calor y la transfiere a un fluido, el cual a su vez la transfiere al agua sanitaria. El colector solar es el componente principal de un sistema solar térmico y al igual que los demás componentes, también debe ser dimensionado según las necesidades: se requiere un proyecto a medida.

Para llevar a cabo esta operación, por supuesto, es necesario utilizar un software de diseño solar térmico que te apoye en la fase de diseño de un sistema solar térmico de circulación forzada, de tanque único o doble.

Colector solar: ¿qué es?

El colector solar es el término técnico utilizado para referirse a los paneles solares térmicos. Es el componente principal de un sistema solar térmico que permite convertir la radiación solar en energía térmica que se almacena para ser utilizada posteriormente. El agua caliente producida de esta manera se utiliza para fines sanitarios o para la calefacción de espacios.

¿Cómo funciona un colector solar?

El colector solar está compuesto por un radiador/absorbente, generalmente fabricado con materiales de alta conductividad térmica como el cobre. Este componente está diseñado para capturar el calor de los rayos solares y transferirlo al tanque de agua.

El funcionamiento de un colector solar se puede comparar con el de un invernadero. Cuando los rayos solares golpean la superficie de vidrio, una pequeña parte se refleja, mientras que el resto pasa a través del vidrio y es absorbido por una placa colectora de color negro.

Esta placa, al calentarse, emite energía en forma de radiación infrarroja. Dado que el vidrio actúa como opaco respecto a la radiación infrarroja, retiene el calor dentro del panel (efecto invernadero), lo que provoca el calentamiento del fluido portador de calor. Posteriormente, el líquido se desplaza a través de una serpentina hacia el tanque utilizando 2 tipos de circulación: natural o forzada.

La principal diferencia entre el sistema de circulación forzada y el natural radica en el uso o no de una bomba de circulación de agua que permite que el agua recorra la tubería desde el colector hasta el acumulador y viceversa. En el sistema de circulación natural, la circulación del líquido se produce de forma natural y, por lo tanto, sin el uso de electricidad, mientras que el sistema de circulación forzada utiliza una bomba de circulación que impulsa el movimiento del fluido portador de calor.

Diferencia entre panel solar térmico y panel fotovoltaico

Las diferencias entre el panel solar térmico y el panel solar fotovoltaico a menudo generan confusión. Los paneles solares térmicos convierten la energía solar en calor para calentar agua, mientras que los fotovoltaicos utilizan la misma energía solar para producir electricidad.

Otras diferencias son:

  • material: los paneles fotovoltaicos están compuestos principalmente de silicio, mientras que los paneles solares térmicos están compuestos de metal (aluminio, cobre, acero) y vidrio;
  • eficiencia: los paneles solares térmicos pueden alcanzar una eficiencia de hasta el 80%, mientras que los paneles fotovoltaicos tienen un rendimiento generalmente variable entre el 17% y el 25%, dependiendo del tipo de panel;
  • instalación: mientras que un solo panel solar térmico puede ser suficiente para calentar agua sanitaria, los paneles fotovoltaicos requieren un tamaño mayor para obtener un rendimiento equivalente en electricidad. Ambos requieren una orientación correcta, pero a diferencia de los paneles fotovoltaicos que necesitan mucho espacio, los solares térmicos son más flexibles en su ubicación.

Colector solar térmico: tipologías

Existen 3 principales tipos de colectores solares:

  • planos;
  • de tubos al vacío;
  • de concentración.

Los primeros se pueden dividir en 2 categorías adicionales: planos acristalados y planos no acristalados.

Colectores planos

Los paneles planos son los más económicos y comunes, utilizados principalmente para la producción de agua caliente sanitaria, son bastante fáciles de instalar y no requieren intervenciones especiales de mantenimiento. Tienen un revestimiento superior de vidrio, una estructura circundante revestida de material aislante y un absorbedor de calor interno que calienta el fluido de transferencia de calor presente en los tubos de cobre.

Colector de tubos al vacío

Los paneles de tubos al vacío se consideran colectores de alta eficiencia, capaces de funcionar incluso con temperaturas exteriores muy bajas y una baja radiación solar. También son más caros que los paneles planos, además pueden alcanzar temperaturas elevadas cercanas a los 100°C. Están compuestos por una serie de tubos de vidrio, dentro de los cuales hay un segundo tubo de vidrio y en medio un vacío de aire que actúa como aislante y reduce las pérdidas térmicas. Es una tecnología confiable, adecuada también para la integración con un sistema de calefacción por paneles radiantes.

Colector de concentración

Los colectores solares de concentración son colectores cóncavos diseñados para optimizar la concentración de la energía solar en un punto específico (foco). Son efectivos solo con luz solar directa ya que deben seguir el movimiento del sol. Este tipo de colector, al poder alcanzar altas temperaturas como 400-600 °C, es una opción lógica para generadores solares o centrales electro-solares.

Los principales colectores son 4 y se distinguen por su ubicación, forma y posición del foco:

  • colector solar parabólico lineal de concentración: tienen una forma parabólica y se montan alineados entre sí. A lo largo de su centro focal fluye un tubo que contiene el fluido de transferencia de calor que, una vez calentado, fluye hacia las turbinas conectadas con los generadores de corriente. Están equipados con un sistema automatizado que cambia su orientación para seguir la inclinación de los rayos solares según la hora del día;
  • colector lineal de reflectores Fresnel: se colocan linealmente y se rotan según el sol, presentan una forma plana y no parabólica. El punto focal se desplaza hacia arriba y la posición del líquido está elevada en comparación con el tipo anterior;
  • colector de reflectores parabólicos circulares: son independientes y cada uno tiene su propio receptor que se coloca en el centro focal, punto central de la parábola misma;
  • torre de energía solar: son espejos independientes y se caracterizan por tener un único punto focal para todos los paneles. Se orientan automáticamente hacia el receptor, ubicado en una torre, donde hay un tanque que contiene el fluido que se calentará.

Colectores planos acristalados y planos no acristalados

Los colectores acristalados están compuestos principalmente por una cubierta de vidrio resistente diseñada para soportar condiciones climáticas adversas, como lluvia, viento, granizo y temperaturas frías. Esta cubierta también sirve para filtrar los rayos solares y crear un efecto invernadero que retiene el calor. En el interior, hay una placa captadora aislada térmicamente en la parte inferior y rodeada lateralmente por un contenedor metálico o plástico.

La placa captadora puede ser:

  • de superficie no selectiva: el absorbedor de calor simplemente está pintado de negro, un color que ayuda a capturar y retener mejor y por más tiempo los rayos solares. Este tipo de panel se recomienda para residencias utilizadas principalmente durante breves períodos de tiempo;
  • de superficie selectiva: el absorbedor de calor está potenciado por una superficie que permite que el panel retenga mejor el calor del sol reflejando los rayos infrarrojos que emite, reduciendo al mismo tiempo la reflexión. Este tipo es posible gracias a una superficie de vidrio que permite el paso de los rayos solares, pero refleja los rayos infrarrojos provenientes del colector. Aunque más costosos, estos paneles son mucho más eficientes y permiten su uso durante la mayor parte del año.

En cambio, los colectores planos no acristalados tienen un revestimiento hecho de material plástico. Son colectores muy económicos, pero poco eficientes, adecuados solo para la temporada de verano y áreas con una alta radiación solar. Por ejemplo, se utilizan para proporcionar ACS en instalaciones y campings, o para calentar el agua de una piscina al aire libre.

 

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