El colector o captador es el encargado de captar la radiación solar y convertir su energía en energía calorífica.
Un cuerpo expuesto al sol recibe un flujo energético Er y se calienta.
Simultáneamente, se producen pérdidas térmicas por radiación, convección y conducción, que crecen a medida que aumenta la temperatura del cuerpo.
Llega un momento en que las pérdidas térmicas Ep, igualan a las ganancias debidas al flujo energético incidente, alcanzándose la denominada temperatura de equilibrio:
Er = Ep
La temperatura de equilibrio de los colectores suele estar entre los 100º y los 150º C en condiciones normales de utilización y para valores de irradiación del orden de 1.000 W/m2.
Si se logra extraer continuamente una parte del calor producido Ee para aprovecharlo como energía utilizable, cambian las condiciones de equilibrio:
Er = Ep + Ee
Ep es ahora menor porque una parte de la energía recibida Er es aprovechada Ee.
El cuerpo se ha convertido en un colector de energía solar térmica.
Si deseamos aumentar Ee tenemos dos opciones: reducir las pérdidas térmicas Ep o aumentar el flujo energético Er.
La primera opción implica mejorar el diseño y construcción del colector a fin de reducir pérdidas.
Para la segunda opción se recurre a la técnica de concentración, que mediante algún sistema óptico concentra el flujo solar sobre una superficie más pequeña para que al disminuir el área, la intensidad aumente.
En un colector solar la energía es extraída a través de un fluido llamado caloportador.
Cuanto mayor sea la diferencia entre la temperatura de utilización y la temperatura ambiente, mayores serán las pérdidas térmicas y por ende menor la cantidad de energía que el fluido caloportador será capaz de extraer.
Hay que hacer trabajar a los colectores a la temperatura más baja posible, siempre que dicha temperatura sea suficiente para la utilización específica en cada caso.
Esto es así, porque el rendimiento del colector disminuye a medida que la temperatura de utilización aumenta.
La mejora del aislamiento permite reducir las pérdidas térmicas.
Las pérdidas por reflexión se deben a la cubierta transparente que suele existir en casi todos los colectores.
Será necesario orientar los colectores adecuadamente para que reciban durante el período de utilización la mayor cantidad posible de radiación.
La pregunta: cuál es el mejor colector ?
A priori no tiene respuesta.
Dependerá de la localización de la instalación y de la demanda energética que se pretenda satisfacer.
Existen muchos tipos de colectores, pero hay dos grandes grupos: colectores sin concentración y colectores con concentración.
Colectores solares térmicos según su temperatura de trabajo:
1) De baja temperatura
1.1) Plano: protegido y no protegido
1.2) Tubos vacío: flujo directo, tubo calor (heat pipe) y concentrador solar (CPC)
2) De alta temperatura
2.1) Cilindro-parabólicos
2.2) Sistema de receptor central
2.3) Discos parabólicos
2.4) Chimenea solar
3) Otros colectores
3.1) De caucho
3.2) Esféricos
3.3) Cónicos
En las próximas entregas analizaremos detalladamente cada tipo de colector.
Este contenido fue extraído del Manual Técnico Comercial de Energía Solar Térmica y forma parte del e-learning Solar.
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