Paneles solares térmicos

También llamados colectores o captadores solares.

Un captador solar es una estructura especial que es capaz de absorber la radiación solar, transformándola en calor. Ese calor se cede a un fluido (agua, aire, fluidos especiales) que se calienta. Ese fluido caliente se puede emplear después en calentar una casa o edificio, en calentar agua para las necesidades de una vivienda (duchas, piscinas, lavabos, etc.).

El fluido calo portador puede ser aire. El aire que sale del panel puede emplearse para producir agua caliente. Esto se hace mediante un intercambiador de calor (aire-agua). El agua caliente obtenida se acumula en un depósito aislado para utilizarla en el momento necesario (ducha, lavabos, etc.) (Madrid Vicente, 2009).

Los paneles solares que utilizan un líquido como fluido portador del calor. Como se aprecia en la Figura…, el panel o captador solar es una estructura compuesta de:

Carcasa o caja hermética para dar robustez al panel. En este caso se ve un marco de aluminio anodizado muy resistente.

Cubierta transparente de cristal de seguridad y protección. Esta cubierta de cristal debe dejar pasar las radiaciones solares, por ello suele ser un vidrio anti reflectante y muy transparente. La superficie debe absorber la energía que incide sobre una superficie transparente, reflejada desde la superficie o transmitida a través de la superficie. Esto dependerá de:

o La longitud de onda de la energía.o El ángulo de incidencia.o El índice de refracción del material.o El índice de absorción del material.

Superficie absorbedora. Se calienta con las radiaciones solares (por su alto poder de absorción de las mismas) y transmite el calor a los tubos conductores por donde circula el fluido portador del calor.

Circuito de fluido térmico. Tubos conductores son los elementos básicos del panel ya que por su interior circula el fluido portador del calor. Suelen estar hechos de cobre.

Aislamiento térmico. Para que no se pierda el calor generador en el panel. Entre los requerimientos de diseño relativos deben figurar los siguientes:

o No debe tener deterioro, gasificación ni vaporización a temperaturas de 400°F.

o No deben haber deterioros debido a la repetición de los ciclos térmicos entre -30°F y 250°F.

o Conductancia térmica inferior a 0.1 Btu/hr/°Fo Fabricado de manera que no se desplome, no se vuelva

compacto ni se adhiera a un angulo de 90° y al repetirse los ciclos térmicos y de humedad.

o Debe ser hidrofóbico, de manera que no absorba ni retenga agua. (Montgomery, 1992)

Figura… Panel solar térmico plano mostrando sus principales componentes.

Componentes del colector

Materiales empleados

Placa de cubierta Vidrio, laminado de fibra de vidrio, hojas y películas termoplásticas.

Capa de la placa absorbente

Óxidos metálicos selectivos, pinturas negras no selectivas.

Placa absorbente Cobre, aluminio. Acero inoxidable o al carbónConductos del fluido Tubo de aluminio o cobre, espacios integrales

en la placa absorbente.Aislante Fibra de vidrio, espuma de vidrio,

termoplásticos espumosos.Caja Metal, concreto en panal, laminado de fibra de

vidrio, termoplásticos extruidos.Juntas Silicón, EPDM, butilo, elastómeros, PVCMedio de transferencia del calor

Aire, agua, fluido de silicón, aceites, hidrocarburos, mezcla de agua y glicol.

Tipos de captadores solares térmicos

Como ya se ha mencionado, los paneles solares térmicos, son los encargados de captar la energía solar y transformarla en calor. Se pueden clasificar de varias formas. Por ejemplo, según el fluido portador del calor que circula por su interior. Así tenemos:

Captadores solares de agua, que es la que circula directamente por los tubos, sin ningún aditivo.

Captadores solares de aire, cuando es el aire, movido por un ventilador, el que circula por los tubos del captador.

Captadores solares de agua con aditivos (anticongelantes por ejemplo, solución de agua con glicol), como es el caso del anticongelante que se utiliza en los automóviles. Es una forma de evitar que el fluido que circula por los tubos se congele en invierno como consecuencia de las bajas temperaturas. Los aditivos tienen la capacidad de bajar la temperatura de solidificación normal del agua (0 °C), hasta -18 °C o incluso -37 °C.

También se pueden clasificar los captadores en función de la forma de los tubos que circulan por su interior.

Los paneles planos son los que más se ven en las instalaciones solares. Representan casi el 90 por ciento del total de paneles térmicos instalados.

Se suelen emplear estos paneles planos en aplicaciones normales en edificios y viviendas, en donde la temperatura no es necesaria que sea superior a 70 -100 ° C. Su rendimiento es alto (desde 70 a más del 90%), como veremos en las especificaciones de algunos paneles, por su capacidad de absorción de las radiaciones solares.

Como son los paneles más utilizados, se fabrican en grandes cantidades, por lo que también son los más baratos.

Así tenemos:

Captadores con tubos horizontales para la circulación del fluido portador de calor. Ver la Figura…Lleva un circuito de doble serpentín. Con pérdidas de carga muy bajas, por lo que se pueden conectar hasta 10 captadores en serie.

Captadores con tubos verticales para la circulación del fluido portador del calor (respecto a la colocación de los paneles) Ver la Figura…Lleva un tratamiento a base de cromo negro lo que eleva su rendimiento y su duración. El circuito hidráulico es en parrilla de tubos, con bajas pérdidas de carga por lo que se pueden conectar varios captadores en serie. Las conexiones metálicas son flexibles, lo que facilita su montaje y mantenimiento (Madrid Vicente, 2009).

Figura… Panel solar térmico con tubos horizontales.

Figura… Panel solar térmico con tubos verticales.

Pero la clasificación más popular es la siguiente:

Captadores con termosifón. Captadores de tubo vacío (calentamiento de agua y producción

de vapor). Captadores concentradores (CPC) con cubierta (calentamiento

de agua y producción de vapor). Captadores planos con cubierta (calentamiento de agua). Captadores planos sin cubierta (climatización de piscinas). Torres solares. (Instituto tecnologico de canarias, 2007)

Figura… captadores térmicos de tubo vacío, concentrador, plano con cubierta y plano sin cubierta.

El calor resultante de la conversión térmica de la radiación solar se almacena en un depósito de acumulación. La conexión y la transferencia de calor entre el captador solar y el depósito se efectúa a través de un circuito hidráulico de acuerdo con una de las siguientes configuraciones:

Circuito directoEl fluido que circula por los captadores solares es el agua de consumo (este circuito acarrea problemas de corrosión y calcificación de las tuberías, por lo que solo se instala en lugares con agua de red aceptable).

Circuito cerradoPor los captadores circula un fluido térmico, en circuito térmico cerrado (primario) y con intercambio térmico hacia el circuito de consumo (secundario) a través de un intercambiador de calor interior o exterior al depósito. (Instituto tecnologico de canarias, 2007)

BibliografíaInstituto tecnologico de canarias. (2007). agerergia.org. Recuperado el 26 de 11 de 2013, de

agerergia.org: http://www.agenergia.org/files/resourcesmodule/@random49ae9a23d0d51/1236188976_Guia_didactica_colectores_solares_termicos.pdf

Madrid Vicente, A. (2009). Energía solar térmica y de concentración: Manual práctico de diseño, instalación y mantenimiento. Madrid: AMV.

Montgomery, R. (1992). Energía solar. Mexico: Grupo Noriega.