Colectores para sistemas solares: modelos, diferencias y ventajas e inconvenientes

Los colectores solares son el elemento más importante de un sistema solar. La energía solar se capta en los colectores y se pone a disposición para calentar el agua y liberarla para el uso doméstico. Los colectores solares se dividen en dos modelos diferentes, ambos con ventajas e inconvenientes. Los colectores también tienen diferentes valores de eficiencia y categorías de precios, lo que los diferencia.

Colectores solares: el corazón del sistema solar

Sin el colector, un sistema solar no podría convertir la energía solar en calor utilizable. El colector es, por tanto, el corazón del sistema solar, que permite utilizar la energía renovable en el hogar. ¿Quiere saber más sobre los sistemas solares y sus costes? Calcule los costes de su sistema solar individual con nuestra calculadora de sistemas solares. Pero, ¿cuáles son los diferentes modelos de colectores y cuál es el adecuado para mi instalación solar?

Colector plano: el modelo probado

Los colectores planos fueron los primeros que se utilizaron para aprovechar la energía solar. Por ello, siguen siendo el modelo más extendido en la actualidad y forman una cuota de mercado de un orgulloso 70%. Probablemente su reputación no sea ajena a ello, ya que los colectores planos se consideran muy económicos, fiables y, sobre todo, ofrecen una tecnología que ha demostrado su eficacia a lo largo de los años.

Estructura de un colector plano: absorbedor, carcasa y fluido caloportador

Un colector plano tiene dos componentes simples. Una carcasa y una lámina metálica ennegrecida que se encuentra dentro de la carcasa. Esta lámina metálica también se denomina absorbente, ya que el revestimiento oscuro garantiza una buena absorción de la radiación solar incidente. El absorbedor también convierte eficazmente la energía solar incidente en calor. Para transportar el calor, a lo largo de la parte trasera del absorbedor hay unos tubos por los que circula el fluido caloportador. Éste entra en el colector frío y lo deja caliente. Para proteger el colector de las condiciones externas, como la intemperie, está cubierto por un cristal de seguridad. Este vidrio es muy estable y, al mismo tiempo, muy transparente para que la radiación rebote lo menos posible. Esto garantiza que la mayor cantidad posible de energía solar llegue al absorbedor para ser convertida en calor. Para que la vivienda también contribuya eficazmente a la generación de calor, está especialmente bien aislada y, por tanto, apenas pierde energía térmica. De este modo, se incrementa la eficiencia del sistema solar.

Diferencias en los colectores planos: estructura, forma y tuberías

Aunque los colectores planos se combinen en un solo modelo, sigue habiendo diferencias. Los distintos colectores planos se diferencian por el material de la carcasa, la diferente conexión de los tubos y otras características. Dependiendo de la aplicación, los diferentes diseños tienen sus ventajas e inconvenientes.

• Forma del absorbedor – El absorbedor puede estar hecho de diferentes materiales. Hay absorbentes de acero, acero inoxidable o láminas de aluminio. Se pueden unir de diversas maneras, por ejemplo, mediante soldadura por puntos o unión por rodillos. También hay diferencias en los tubos de cobre por los que se conduce el líquido. Se pueden introducir a presión, pero también se pueden soldar.
• Recubrimiento del absorbedor – La capa de absorción ha seguido desarrollándose en los últimos años. Al fin y al cabo, la capa debe ser capaz de absorber la mayor cantidad posible de energía solar. La tecnología actual proporciona capas altamente selectivas que tienen un grado de absorción especialmente alto. También tiene una baja emisividad de la radiación térmica de onda larga.
• Colocación de los tubos de transferencia de calor – Los tubos pueden colocarse en un registro de tubos, en el que se sitúan paralelos uno al lado del otro y se conectan en la parte superior e inferior, o pueden colocarse en un meandro, es decir, en forma de serpiente en una sola pieza.
• Material de la carcasa – El material de la carcasa también puede variar según el modelo. Los más comunes son el aluminio y el acero inoxidable, pero también el plástico. Incluso la madera sería una opción como alojamiento para un colector solar.

Colector tubular: el mejor aislamiento térmico garantiza una mayor eficiencia

El colector tubular es posterior al colector plano y es una alternativa a éste. A pesar de la diferente tecnología y la menor cuota de mercado, este modelo también tiene sus ventajas.

Estructura de un colector tubular – vacío, tubo de calor y los tubos de vidrio

El modelo de colector tubular difiere del colector plano en un aspecto concreto, el del aislamiento. Mientras que sólo se aísla la carcasa del colector plano, cada uno de los absorbedores del colector tubular se aísla de forma especial. El absorbedor está encerrado en un tubo de vidrio evacuado, ya que el vacío tiene unas propiedades de aislamiento térmico especialmente buenas y no permite las pérdidas por convección ni por conducción de calor. Varios de los tubos se conectan a un colector y forman un colector tubular. Dado que este método de aislamiento es mucho más eficaz que el de un colector plano, la eficiencia en este caso es significativamente mayor, ya que se pierde menos energía. Debido a la tecnología, este modelo también se denomina colector de tubo de vacío.

Diferentes diseños de colectores tubulares – tubo de calor, CPC y flujo directo

Los modelos de colectores tubulares también se dividen en diferentes diseños. Uno de ellos es el flujo directo y los colectores tubulares de flujo no directo, también llamados tubos de calor. Otra forma es el CPC – colectores de tubos de vacío.

• Colectores de tubo de flujo directo – En este diseño, el fluido de transferencia de calor fluye directamente a través de tubos de cobre hacia los tubos de vidrio. Aquí se calienta y, al salir, se funde con los demás tubos del colector. A continuación, se transportan al intercambiador de calor a través del circuito solar. En caso de vacío defectuoso, no es difícil sustituir uno de los tubos independientemente de los demás.
• Tubo de calor (no de flujo directo) – El tubo de calor utiliza un proceso termodinámico para la transferencia de calor en el que un tubo de calor («head pipe») recorre el tubo de vidrio, que contiene un líquido que se evapora fácilmente, como el agua o el alcohol. Cuando se calienta, este líquido se evapora y sube a la cabeza del tubo de vidrio, donde el calor se transfiere por condensación del vapor al fluido caloportador que pasa por fuera de la cabeza. El resto del líquido vuelve a fluir hacia el fondo de los tubos y repite el proceso una vez alcanzada la temperatura ambiente. Esto es suficiente para que el líquido se condense, ya que hay una presión negativa en los tubos, el vacío.
• Colector de tubo de vacío CPC – Este diseño es una variación de los colectores de tubo de flujo directo. Aquí también los tubos de cobre atraviesan los tubos de vidrio, pero la particularidad es que dos tubos de vidrio están dispuestos de forma concéntrica y se encuentran delante de un espejo parabólico. El revestimiento absorbente se aplica al interior de los tubos de vidrio. El espejo parabólico ayuda a que el colector sea aún más eficiente, especialmente con baja irradiación. Por lo tanto, los rendimientos son comparativamente más altos y el colector funciona con mayor eficacia.

El fluido térmico: lo que hay que tener en cuenta

El fluido térmico almacena el calor y lo transporta a través del circuito solar hasta el acumulador solar. El calor se desprende del fluido y se utiliza para calentar el agua del grifo o de la calefacción. El fluido enfriado vuelve a fluir y comienza su viaje de nuevo. La cuestión que se plantea, sin embargo, es qué es adecuado como fluido de transferencia de calor. Aquí la respuesta es relativamente sencilla, porque el agua normal ya es perfectamente adecuada para esta tarea. Sin embargo, dado que existe el riesgo de que se produzcan heladas, especialmente en los meses fríos, que podrían causar daños irreparables en el colector o en el tubo absorbedor, el agua debe mezclarse con un anticongelante. Pero el fluido de transferencia de calor también debe ser capaz de soportar altas temperaturas. Especialmente en los colectores de tubos de vacío CPC, se pueden alcanzar temperaturas de hasta 350 °C. Para que la viscosidad no se resienta debido al anticongelante y a las temperaturas tan elevadas, reduciendo así la capacidad calorífica, se suele apuntar a una proporción de mezcla del 40% de propilenglicol y el 60% de agua. Esta mezcla no sólo resiste el frío hasta -25°C, sino que también es adecuada para las altas temperaturas. Al comprar el fluido de transferencia de calor, preste especial atención a la estabilidad a altas temperaturas, la buena protección contra la corrosión, la menor viscosidad posible, la alta compatibilidad con el medio ambiente y una gran capacidad térmica.