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El colector solar es el elemento fundamental del sistema en
una instalación de energía solar, el cual transforma la
energía solar radiante, en alguna otra forma de energía útil.
Los captadores se pueden clasificar según diferentes
características como la forma, el recubrimiento de los
absorbedores, el diseño hidráulico interno, tipo y número de
conexiones, espesor y calidad de aislamiento, proceso de
fabricación, etc., siendo la primera clasificación más
habitual en función de su configuración entre captadores
planos y tubos de vacío.
El captador de tubos de vacío está formado por un haz de
tubos en el cuál, se elimina el aire a fin de reducir las
pérdidas térmicas por conducción y convección entre el
absorbedor y la cubierta de vidrio. El grado de vacío
desempeña un papel fundamental para la disminución de las
pérdidas térmicas.
Todos los diseños de captadores solares tienen como objetivo
el, por un lado, convertir con el mayor rendimiento posible la
radiación que incide sobre el captador en calor transmitido al
fluido caloportador, y por otro lado, buscar una mayor
resistencia y durabilidad física acorde a las condiciones
climáticas que va a tener que soportar el captador.
En cuanto al tamaño, la superficie más habitual en los
modelos comercializados hasta ahora está en torno a los 2 m².
Debido a las coberturas exigidas en el Código Técnico de la
Edificación junto con el objetivo del abaratamiento de las
instalaciones, el mercado español está tendiendo a áreas
próximas a los 2,5 m².
Estos diseños varían considerablemente en cuanto a calidad,
rendimiento, construcción y coste, que analizando cada uno de
los componentes, vemos la evolución del captador en su
conjunto.
Los elementos que componen un captador solar plano son: el
absorbedor, la carcasa, la cubierta transparente y el
aislamiento térmico.
Absorbedor
Hoy día, se usa el cobre en la mayoría de los captadores
para los tubos distribuidores y los tubos finos del absorbedor
al igual que para la lámina absorbedora. Se suele usar acero
inoxidable o plástico sólo en aplicaciones en las que un medio
agresivo fluya directamente a través del absorbedor, como por
ejemplo, el agua de las piscinas.
Por razones técnicas de fabricación, así como en la
aplicación del recubrimiento, se empleaban principalmente los
absorbedores de aletas. Actualmente, tanto los absorbedores tipo
parrilla como los de tipo serpentín se fabrican
predominantemente empleando láminas metálicas del tamaño del
absorbedor completo, en vez de con aletas individuales.
Debido a que las superficies de metal reflejan la luz en un
grado relativamente elevado y esto influye notablemente al
rendimiento del captador, es necesario proveer a los
absorbedores de metal de un recubrimiento de manera que no se
produzca esta reducción de rendimiento. En los inicios de la
tecnología solar térmica se usaban pinturas solares negras sin
propiedades selectivas, especialmente desarrolladas para este
propósito.
Posteriormente, empezaron a usarse los denominados
recubrimientos selectivos. Estos presentan la ventaja con
respecto a las pinturas de tener una emisividad (e)
muy reducida para las longitudes de onda larga en que se emite
el absorbedor y, por consiguiente reducen las pérdidas
térmicas del captador. Actualmente, los recubrimientos
selectivos de mayor rendimiento están formados por óxidos de
metal en una matriz cerámica, caracterizados por una alta
absortancia en las longitudes de onda corta de la radiación
solar (hasta 0,97) y, al mismo tiempo, una baja emisividad en
las longitudes de onda larga (hasta un 0,05).
Carcasa o caja del captador
La carcasa es el elemento del colector sobre el que descansan
cada uno de los elementos que componen el captador. La carcasa a
su vez protege a cada uno de los elementos de agentes externos
tanto climatológicos como físicos.
La carcasa ha de tener la suficiente rigidez para resistir la
fuerza del viento así como los diferentes agentes
climatológicos que puedan crear presión sobre el catador. Ha
de ser resistente a las variaciones de temperatura que pueda
sufrir tanto en verano como en invierno al encontrarse a la
intemperie. La corrosión debida a la intemperie y a las
impurezas que se encuentran en la atmósfera, y especialmente en
ambientes marinos, es la mayor causa de corrosión en las
carcasas metálicas, sobre todo en el acero. Hoy día, las
carcasas que se fabrican para los captadores son principalmente
de aluminio principalmente debido a estos problemas de
oxidación que se encontraron cuando se empleaban chapas
embutidas de acero galvanizado.
Cubiertas transparentes del captador
La cubierta de un captador cumple principalmente dos
funciones, por un lado, como sistema de protección del
absorbedor y el aislamiento térmico dentro de la carcasa frente
a objetos externos que puedan caer sobre el absorbedor.
Por otro lado, gracias a sus características físicas, el
captador es diseñado de tal manera que se crea un efecto
invernadero dentro del captador de manera que permite la entrada
de radiación solar de onda corta y no deja salir la radiación
de onda larga, constituyendo de esta manera el aislamiento
térmico. Actualmente se consigue con vidrios con bajo contenido
en hierro.
Las cubiertas de plástico eran muy frecuentes en los inicios
de la tecnología solar. Con frecuencia se combinaba con una
segunda cubierta también de plástico con el fin de conservar
mayor calor en el interior del captador. Este diseño de doble
cubierta se ha ido abandonando, al irse expandiendo en el
mercado los recubrimientos selectivos de calidad mejorada.
En la actualidad, las cubiertas son fabricadas de vidrio
transparente con bajos contenidos de hierro y las siguientes
características:
• Absorber la mínima cantidad posible de radiación en su
interior, para evitar la pérdida de calor debido a los puentes
térmicos.
• Mínimos coeficientes de reflexión, evitando de esta manera
pérdida de radiación entrante al captador.
• Robustez y resistencia de los efectos causados por el medio
ambiente (lluvia, granizo, viento, radiación ultravioleta,
etc.), y a las grandes fluctuaciones térmicas.
Captador solar VFK 890. Marca Vaillant
Aislamiento térmico
El aislamiento del colector se sitúa entre la carcasa y la
placa absorbente reduciendo las pérdidas de calor por
trasmisión, en la parte posterior y lateral del colector.
Inicialmente, el aislamiento más utilizado para los
captadores solares consistía casi exclusivamente en paneles de
poliuretano rígido expandido.
Los aislantes para un colector han de cumplir unos requisitos
mínimos en función de las condiciones en que han de trabajar:
• Resistencia a la alta temperatura: hay que tener en
cuenta que alrededor de la placa absorbente se van a alcanzar
altas temperaturas (»150°C) y por
tanto, el aislamiento debe resistir esas temperaturas sin
deteriorarse ni degradarse por envejecimiento.
• Vapores: algunos aislante, debido a las altas
temperaturas, pueden llegar a desprender vapores de las
sustancias de que están compuestos. Estos vapores pueden llegar
a ser muy negativos en el rendimiento del colector si
consiguieran depositarse sobre el absorbedor o sobre la cubierta
transparente.
• Humedad: los aislantes han de ser resistentes a la
humedad que se puede crear dentro de un colector. Esta humedad
puede entrar dentro del captador por los orificios de
ventilación o por la rotura de alguna junta de estanqueidad. La
lana de vidrio, por ejemplo, pierde una gran parte de sus
cualidades aislantes mientras está impregnada de humedad. Tales
aislantes deben ser protegidos cuidadosamente contra la
penetración accidental de agua y contra las condensaciones que
puedan humedecerlos.
Hoy día, además de lana de vidrio y lana mineral para la
mayoría de los modelos del mercado, se suelen emplear resina de
melanima y espumas de poliuretano.
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