Sistemas Solares Térmicos: Componentes Clave y Principios Operativos

Sistemas Solares Térmicos: Fundamentos y Componentes

Captador Solar Plano

Objetivo del Captador Solar Plano

El objetivo de un captador solar plano es transformar la radiación solar incidente sobre su superficie en energía térmica, mediante el aumento de la temperatura del fluido que circula a través de él.

Elementos de un Captador Solar Plano

• Cubierta transparente: Protege el absorbedor y reduce las pérdidas por convección.
• Absorbedor: Superficie encargada de captar la radiación solar y transferirla al fluido.
• Material aislante térmico: Minimiza las pérdidas de calor hacia el ambiente.
• Conexiones hidráulicas: Generalmente 2 o 4, para la entrada y salida del fluido caloportador.

Optimización del Rendimiento en Captadores Solares Planos

Con el objetivo de aumentar el rendimiento de un captador solar plano, este debe presentar altos valores de absorción y bajos de emisividad. Para conseguir esto, se suelen realizar tratamientos específicos sobre la cara frontal del absorbedor. Entre estos tratamientos, destaca el revestimiento selectivo, que minimiza la radiación térmica infrarroja o de onda larga, mejorando significativamente la eficiencia del captador.

Características de Absorbedores en Forma de Parrilla de Tubos

• Son los más utilizados a nivel comercial.
• Presentan poca pérdida de carga, lo que los hace idóneos para instalaciones por termosifón.
• Se pueden montar de forma longitudinal o transversal.

Existe un caso particular denominado absorbedor integral, que cuenta con tres conductos transversales y dos longitudinales. Su principal ventaja es que la conexión de entrada y salida se encuentra en la misma cota, lo que facilita la integración del captador en los edificios. Sin embargo, su inconveniente es una mayor pérdida de carga.

Valores Numéricos Típicos de Captadores Solares Planos

• Factor óptico (η₀): Valor superior a 0.75.
• Coeficiente de pérdidas térmicas (k): Valor inferior a 4.5 W/m²·K.
• Rendimiento medio anual: Entre 35% y 50%.
• Radiación solar media anual: Aproximadamente 1800 kWh/m²·año.
• Producción energética anual: Entre 630 y 900 kWh/m²·año.

Captador Solar de Vacío

Principio de Funcionamiento del Captador de Vacío

El captador solar de vacío trabaja en condiciones cercanas al vacío, lo que permite reducir significativamente las pérdidas por convección cuando la presión es inferior a 0.02 bar. Cuando la presión alcanza valores de 10⁻⁶ bar, las pérdidas por conducción son prácticamente nulas. Sin embargo, es importante destacar que las pérdidas por radiación no disminuyen, ya que la transferencia de calor por radiación no requiere un medio material. Al mantener los tubos a presiones inferiores a 0.0005 bar, la utilización de estos captadores reduce drásticamente las pérdidas térmicas al ambiente, lo que los hace muy eficientes, especialmente en climas fríos o para aplicaciones de alta temperatura.

Componentes Auxiliares en Instalaciones Solares Térmicas

Depósitos de Almacenamiento (Acumuladores)

Misión y Tipos de Depósitos de Almacenamiento

La misión principal de un depósito de almacenamiento (o acumulador) es almacenar la energía térmica generada por los captadores solares para su uso posterior. Existen varios tipos:

• Acumulador de ACS (Agua Caliente Sanitaria): Diseñado para almacenar agua caliente destinada al consumo doméstico.
• Acumulador de inercia: Utilizado para almacenar calor en un circuito cerrado, estabilizando la temperatura y el funcionamiento del sistema.
• Acumuladores combinados: Integran funciones de ACS y calefacción o inercia en un solo equipo.

Intercambiadores de Calor

Misión y Tipos de Intercambiadores de Calor

Los intercambiadores de calor tienen la misión de realizar la transferencia de calor entre dos fluidos que se encuentran a distintas temperaturas, separados por una pared sólida. Los tipos principales son:

• Incorporados en el acumulador: El serpentín o intercambiador está dentro del depósito de almacenamiento.
• Externos al acumulador o independientes: Son unidades separadas que transfieren calor entre los circuitos.

Intercambiador de Doble Envolvente

En un intercambiador de doble envolvente, el acumulador principal está rodeado por una capa cilíndrica concéntrica. El fluido procedente de los captadores circula por este espacio (la doble envolvente), transfiriendo calor por conducción a través de la superficie interna del acumulador al agua acumulada en el mismo. Este tipo es ideal para instalaciones pequeñas y es altamente recomendado para sistemas que operan por termosifón.

Depósitos de Expansión

Función y Tipos de Depósitos de Expansión

Las instalaciones solares térmicas están sometidas a importantes variaciones de temperatura. Como consecuencia de estas diferencias de temperatura, se producen variaciones en el volumen del fluido caloportador. Para absorber estas variaciones y proteger el sistema, se utilizan los depósitos de expansión. Existen dos tipos principales:

• Expansión abierta: El fluido del circuito primario está comunicado de forma continua con la atmósfera, generalmente a través de un vaso de expansión abierto en la parte superior de la instalación.
• Expansión cerrada: El fluido del circuito primario está separado de la atmósfera por una membrana elástica dentro de un vaso de expansión cerrado, que absorbe las variaciones de volumen.

Purgadores y Válvulas de Seguridad

Función y Ubicación

• Purgador: Es el dispositivo encargado de extraer el aire detenido en el circuito, tanto durante el proceso de llenado inicial como durante su funcionamiento habitual. Se colocan estratégicamente en la parte más alta de la instalación para facilitar la purga del aire.
• Válvulas de Seguridad: Limitan la presión de trabajo del circuito para proteger todos sus componentes de sobrepresiones que podrían causar daños. Se abren automáticamente cuando la presión excede un límite preestablecido.