Colectores para instalaciones solares – Modelos, diferencias y ventajas e inconvenientes
Los colectores solares son el elemento más importante de una instalación solar. Más información: Costos de la fotovoltaica. La energía solar se captura en los colectores y se pone a disposición para calentar agua y liberarla para el hogar. Los colectores solares se distinguen en dos modelos diferentes, ambos con ventajas y desventajas. Además, los colectores presentan distintos valores de eficiencia y categorías de precios, lo que los hace diferentes.
Colectores solares – el corazón de la instalación solar
Sin el colector, una instalación solar no podría convertir la energía solar en calor útil. Por lo tanto, el colector es el corazón de la instalación solar, lo que hace posible utilizar la energía renovable en el hogar. ¿Quieren saber más sobre instalaciones solares y sus costos? Calcule los costos de su instalación solar individual con nuestro calculador de instalaciones solares! ¿Pero qué modelos diferentes existen entre los colectores y cuál es el adecuado para mi instalación solar?
Colector plano – el modelo probado
Los colectores planos fueron los primeros colectores utilizados para aprovechar la energía solar. Por eso, hasta hoy en día siguen siendo el modelo más extendido, representando un cuota de mercado de impresionantes el 70%. Su reputación probablemente no es del todo ajena a ello, ya que los colectores planos se consideran muy económicos, confiables 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 de transferencia de calor
Un flat colector tiene dos componentes simples. Una carcasa y una lámina de metal ennegrecida que se encuentra dentro de la carcasa. Esta lámina de metal también se llama absorbedor, ya que la capa oscura favorece una buena absorción de la radiación solar incidente. El absorbedor convierte además la energía solar incidente de manera eficiente en calor. Para que el calor pueda transportarse, en la parte posterior del absorbedor hay tubos por los que circula un fluido transportador de calor. Este entra frío en el colector y sale caliente. Para proteger el colector de condiciones externas, como el clima, se cubre con un vidrio de seguridad. Este vidrio es muy resistente y al mismo tiempo altamente transparente, para que la radiación rebotara en él sea lo menor posible. Así pues, se garantiza que la mayor cantidad de energía solar alcance el absorbedor para ser convertida en calor. Para que la carcasa también contribuya eficazmente a la obtención de calor, está especialmente aislada y, por tanto, pierde muy poca energía térmica. La eficiencia de la instalación solar se incrementa así.
Diferencias en los colectores planos – Construcción, forma & tuberías
Aunque los colectores planos se agrupen en un modelo, aún existen diferencias. Los distintos colectores planos se diferencian en el material del carcasa, en la conexión diferente de los tubos y en otros características adicionales. Dependiendo de la aplicación, las distintas versiones tienen sus ventajas y desventajas.
- Forma del absorbedor – El absorbedor puede estar hecho de diferentes materiales. Por ejemplo, existen absorbedores de chapa de acero, acero inoxidable o aluminio. Estos pueden unirse de diversas formas, por ejemplo mediante soldadura puntual o mediante unión por rodillo. También en los tubos de cobre, por los que circula el fluido, existen diferencias. Pueden estar embutidos o soldados.
- Capa del absorbedor – La capa del absorbedor ha evolucionado considerablemente en los últimos años. Esta capa debe absorber la mayor cantidad posible de energía solar. La tecnología actual prevé capas altamente selectivas que presentan un grado de absorción especialmente elevado. Además, tienen un bajo grado de emisión de radiación térmica de onda larga.
- Instalación de tuberías de transporte de calor – Las tuberías pueden instalarse ya sea en un registro de tuberías, donde se colocan paralelamente una al lado de la otra y se conectan entre sí en la parte superior e inferior, o bien se instalan en forma de serpiente, lo que significa que forman una única pieza en forma de serpiente.
- Materiales del carcasa – El material del carcasa puede variar según el modelo. El más utilizado es el aluminio, el acero inoxidable, pero también el plástico. Incluso la madera sería una opción como carcasa para un colector solar.
Colector de tubos – una mejor aislación térmica proporciona mayor eficiencia
El colector de tubos llegó después del colector plano y es una alternativa a este. A pesar de la tecnología diferente y de un menor porcentaje de mercado, este modelo también tiene sus ventajas.
Construcción de un colector de tubos – vacío, tubo de calor y las tuberías de vidrio
El modelo colector de tubos se distingue especialmente en un punto del colector plano, a saber, en el aislamiento. Mientras que en el colector plano solo se aisla la carcasa, en el colector de tubos cada absorbedor individual se aísla de una manera especial. El absorbedor está envuelto aquí por una tubería de vidrio evacuada, ya que el vacío tiene especialmente buenas propiedades aislantes y no permite ni pérdidas por convección ni por conducción térmica. Varios de estos tubos se conectan entre sí con un recolector y forman así un colector de tubos. Debido a que este método de aislar es claramente más eficiente que el de un colector plano, la eficiencia es aquí claramente mayor, ya que se pierde menos energía. Debido a esta tecnología, este modelo también se llama colector de tubos de vacío.
Diferentes formas de construcción de colectores de tubos – Heat-Pipe, CPC & circulación directa
Los colectores de tubos evacuados se distinguen además en diferentes formas de construcción. Por un lado, los colectores de tubos evacuados directamente y los no directamente atravesados – también llamados tubos de calor. Otra forma son los CPC – colectores de tubos evacuados.
- Colectores de tubos evacuados directamente atravesados – El fluido de transferencia de calor fluye en esta forma de construcción directamente a través de tubos de cobre en las tuberías de vidrio. Aquí se calienta y al salir se combina con los otros tubos en el recolector. A continuación, se transportan a través del circuito solar al intercambiador de calor. En caso de un vacío defectuoso, no es difícil reemplazar uno de los tubos de forma independiente de los demás.
- Heat-Pipe (no circulación directa) – La Heat-Pipe utiliza un proceso termodinámico para la transferencia de calor, en el que un tubo de calor (Heat-Pipe) atraviesa el tubo de vidrio, el cual contiene un líquido ligeramente volátil, como el agua o el alcohol. Al calentarse, este líquido se evapora y asciende hasta la parte superior de los tubos de vidrio, donde el calor se transfiere al fluido portador de calor que fluye junto al exterior de la cabeza mediante la condensación del vapor. El resto del líquido fluye de vuelta hacia la parte inferior de los tubos y repite el proceso tan pronto como se alcance la temperatura ambiente. Este es suficiente para hacer condensar el líquido, ya que existe una presión reducida en los tubos, el vacío.
- CPC colector de tubos de vacío – Este tipo de construcción es una variante de los colectores de tubos de vacío directamente atravesados. También aquí los tubos de cobre pasan a través de los tubos de vidrio, la particularidad es que dos tubos de vidrio se disponen concéntricamente y se sitúan frente a un espejo parabólico. La capa absorbente se encuentra aplicada en el interior de los tubos de vidrio. El espejo parabólico ayuda a diseñar el colector de manera más eficiente, especialmente en condiciones de baja irradiación. Por lo tanto, los rendimientos son comparativamente más altos y el colector funciona de forma más eficaz.
El fluido de transferencia de calor – lo que hay que tener en cuenta
El fluido de transferencia de calor almacena el calor y lo transporta a través del circuito solar hasta el depósito solar. El calor luego es cedido por el fluido y se utiliza para calentar el agua de grifo o de calefacción. El fluido enfriado luego fluye de vuelta y comienza su recorrido de nuevo. La pregunta que se plantea, sin embargo, es qué puede utilizarse como fluido de transferencia de calor. La respuesta es relativamente sencilla, ya que el agua normal ya es perfectamente adecuada para esta tarea. Sin embargo, especialmente en meses fríos existe el riesgo de congelación, lo que podría provocar daños irreparables en el colector o en el tubo absorbente, por lo que el agua debe mezclarse con un aditivo antifreeze. Además, el fluido de transferencia de calor debe poder soportar altas temperaturas. En particular, en colectores de tubos de vacío CPC pueden alcanzarse temperaturas de hasta 350 °C. Para que la viscosidad no se vea afectada por el aditivo antifreeze y por tales altas temperaturas, reduciéndose así la capacidad térmica, normalmente se busca una proporción de mezcla de un 40 % de glicol propilénico y un 60 % de agua. Esta mezcla no solo resiste temperaturas de hasta -25 °C, sino que también es adecuada para altas temperaturas. Al adquirir el fluido de transferencia de calor, preste especial atención a una alta estabilidad térmica, una buena protección contra la corrosión, una viscosidad lo más baja posible, una alta compatibilidad ambiental y una alta capacidad térmica.
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