Placa solar térmica

Placa solar termica

Este tipo de placa muestra un funcionamiento bastante simple, el cual es que los rayos del sol van calentando las placas, estas contienen un líquido caloportador, este líquido circula hacia el interior de la vivienda. Son altamente recomendables en zonas que reciben de forma muy directa la luz del sol a temperaturas muy altas, como por ejemplo en la zonas rurales donde hay mucho espacio, esto es porque se necesita de un tamaño bastante grande debido a la menor eficiencia de este tipo de placa.

Este tipo de placa se obtienen principalmente dos grupos: los que son de baja temperatura, los cuales son usados más que todos en los sistemas domésticos de calefacción e igualmente para las aguas calientes tipo sanitarias. Y también tenemos la de alta temperatura, quien está compuesta por espejos los cuales son empleados para la producción de vapor encargado de mover la turbina que generará la energía eléctrica.

Placa solar de baja temperatura

Dentro de este tipo de placa tenemos la placa solar plana, la cual tiene forma de una caja plana metálica en la cual se encuentran alojadas los dispositivos que son vitales para que circule un fluido, donde este se calienta cuando va pasando por la placa, todo esto motivado al efecto invernadero (tiene similitud a lo que se puede sentir al entrar a un carro estacionado al sol en verano). La luz que se visualiza va calentando la placa que, a su vez, se transforma en emisora de la radiación de onda larga. El vidrio va actuando como un filtro para específicas longitudes de onda de la luz del Sol: se encarga de dejar pasar fundamentalmente la luz visible, y a la vez, es menos transparente a las ondas infrarrojas de menor energía, estoy y a pesar de haber pérdida de transmisión (debido a que el vidrio es un mal conductor térmico), el recinto de la placa se va calentando por encima de la temperatura exterior.

Placa solar plana

Dentro de esta categoría de placa existen:

  • Placa solar protegida: Dicha placa consta con un vidrio fino ubicado en la cubierta, la cual se encarga de limitar las pérdidas de calor y en contraposición aumenta la captación debido al efecto invernadero. El resto de las caras se encuentran aisladas térmicamente. Este tipo de placa es la más utilizada debido a que tienen una relación coste-producción de calor muy favorable. En estos, la placa se encuentra ubicada en una caja de forma rectangular, donde sus dimensiones habituales van desde los 80 a 120 cm de ancho, de 150 y 200 cm de alto y de un espesor de 5 y 10 cm. En el interior de la caja, expuesta al sol, se encuentra una placa metálica. Esta placa se encuentra unida o también soldada a una serie de conductos por donde va fluyendo un caloportador (por lo general agua, glicol o una mezcla de los dos). A esta placa se le va aplicando un tratamiento superficial el cual es selectivo para que de este modo aumente su absorción de calor, o en otros casos se le pinta de negro.
  • Placa solar no protegida: este cuenta con un sistema muy económico y además de rendimiento muy bajo, es usado especialmente para climatizar las piscinas. No lleva vidrio protector por lo que la placa se encuentra expuesta al ambiente exterior y el aislamiento perimetral también. Debido a lo simple de este tipo de placa, existen muchas similitudes y de variantes, en forma y materiales, donde una simple manguera la cual se encuentra enrollada y pintada de color negro, es en esencia, una placa solar no protegida. Por su limitada eficiencia, es necesario una superficie muy grande para poder conseguir las prestaciones deseadas, lo cual puede verse compensada por su bajo precio

Podemos encontrar también la placa solar de tubos vacíos, quien se encarga de aprovechar toda la energía solar posible usando colectores ordenados de forma lineal los cuales van en tubos de vidrios al vacío. La placa posee una estructura de peine, el cual contiene un mástil encargado de conducir el fluido caloportador, y además de una serie de tubos en forma de púas donde se va produciendo la captación de la radiación solar.

Esta placa es muy diferente a la placa solar plana en cuanto al aislamiento, debido a que en la placa solar plana hay pérdidas por convección, a diferencia de la placa con tubo, los cuales están aislados al vacío, las pérdidas se reducen sistemáticamente a un valor de 5% lo que quiere decir que va suponiendo a un 35% menos en comparación con las placas planas, lo que trae como consecuencia el incremento del rendimiento de manera notable, llegándose a un 196% de aumentos frente a la placa solar plana.

Características de la placa solar de tubos vacíos

Las placas de tubos generalmente incorporan una placa interior tipo reflectante, que generalmente va ubicado por debajo del plano de los tubos, cuyo propósito es que esta pueda aprovechar su aspecto cilíndrico con el fin de absorber la energía que se refleja en la placa. En con conclusión, estos tubos tienen mayor eficiencia en los días fríos, con vientos o nublados, es allí donde la concentración y el aislamiento encontrado en la superficie de la placa captadora muestra ventajas por encima de la mayor superficie captadora de las placas planas.

Los tubos de vacío de la placa están conformados por un doble tubo de vidrio, donde en las paredes de este tubo se forma un vacío el cual es elevado y el vidrio interior generalmente es tratado a base de metal el cual es pulverizado con el fin de aumentar la absorción de la radiación. Las longitudes de estos tubos son muy parecidas a las de un tubo fluorescente generalmente giran en los 60mm de diámetro y 180cm de largo.

Sistemas de placa solar de tubos vacíos

Sistema de flujo directo fue el primer sistema en desarrollarse y su forma de funcionar es muy semejante al de la placa solar plana, consta de un fluido caloportador que circula por el tubo expuesto al sol el cual va calentándose en todo su recorrido. Es considerado el sistema más eficiente para la captación solar.

El sistema Heat-pipe es considerado un desarrollo más avanzado del tubo directo, cuyo propósito es erradicar la problemática del sobrecalentamiento, el cual es más fuerte en los climas de mucho calor. Dicho sistema emplea un fluido el cual va evaporándose a medida que se calienta, este va ascendiendo hasta un intercambiador el cual se ubica en zona extrema del tubo.

Placa solar termica

Estando allí, este se enfría para nuevamente condensarse y así transferir el calor al fluido principal. Este sistema es muy ventajoso sobre todo en la época de verano de los climas cálidos, debido a que cuando se evapora el fluido del tubo, no absorbe tanto calor, lo que resulta muy difícil que los tubos se deterioren muy rápidamente o que estallen. Otra ventaja que presenta es que, al perder menos calor en el transcurso de la noche, la transferencia de calor en comparación a los tubos de flujo directo, es unidireccional.

Como es un sistema de flujo indirecto, debe haber una inclinación mínima con respecto a los tubos el cual debe girar alrededor de los 15 grados, para que de este modo pueda haber una circulación apropiada del fluido. Su porcentaje de eficiencia se ubica en un 166% con respecto a las placas planas que constan de serpentín de cobre.

Este sistema sin heat-pipe con respecto al modelo que usa heat-pipe se diferencia por la utilización de cristal, debido a esto, sus costos de fabricación se reducen considerablemente, así como también su mantenimiento. Adicionalmente, llega a ser un 196% más efectivo que las placas solares planas y 30 por ciento más eficientes que los tubos de vacío con heat-pipe o de cobre.

Placa solar de alta temperatura

Placa solar alta temperatura

Dentro de este tipo de placa consiguimos el concentrador solar. Este tipo de placa puede concentrar toda la energía proveniente del sol en espacios pequeños, de este modo va creciendo la intensidad de la energía. Es muy semejante a una lupa, el cual enfoca la luz en un punto, de modo que existen concentradores que reflejan la luz solar a través de un arreglo de espejos los cuales están alineados en dirección a un objetivo capaz de captar la energía para su aprovechamiento. Pueden ser:

De flujo directo, en donde dicho fluido circula por los tubos, muy semejante a las placas planas.

De flujo indirecto usando heat-pipe, en donde el calor se encarga de evaporar un fluido del tubo y este a su vez al estar condensado, proporciona la energía en el extremo.

De flujo indirecto sin heat-pipe, es muy diferente al que se mencionó anteriormente, ya que es construido totalmente con cristal de borosilicato, de manera que, al no utilizar cobre, su costo es mucho más barato, adicionalmente su rendimiento supera en un 30% a los tubos de vacio con heat-pipe

Placa solar de muy alta temperatura

Usualmente son llamados horno solar, esto es porque son estructuras usadas para la producción de temperaturas muy altas, específicamente para propósitos industriales. Tiempo atrás, se empleaban concentrados tipo parabólicos fijos, pero hoy en día se usan campos de espejos planos orientables (reflectores parabólicos o helióstatos) los cuales dirigen su reflejo a un punto focal ubicado en una torre, en donde se genera vapor de agua que sirve para la producción de electricidad.

La temperatura en este único punto llega alcanzar hasta 3500 grados, de manera que el calor producido es utilizado para múltiples propósitos, como es el poder fundir el acero, también para la fabricación de combustible de hidrógeno e incluso de nanomateriales.

Placa solar muy alta temperatura

Uso de la placa solar térmica

Placa solar térmica

La placa solar térmica tiene diversos usos, podemos nombrar los siguientes: para preparar agua caliente para propósito sanitarios, para climatizar piscinas, para la calefacción e incluso frío solar, con él se puede generar vapor, también cocinar, se usa para esterilización, la pasteurización, desalinización, lavar, secado e incluso para el tintado, etc., es decir, es usado tanto a nivel doméstico como industrial.

Tomando en cuenta en cual estación se esté en el año, en vivienda particulares como en los edificios, este tipo de placa solar llega a generar entre 30 y 100% del agua caliente que estas edificaciones demandan, llegando a medias anuales que van desde 40 a 100% (esto es tomando en cuenta la zona geográfica) por lo que es necesario verse apoyado por otros sistemas tradicionales para producir agua caliente.

Cuando solamente son usados para calefacción se recomiendan únicamente para sistemas de baja temperatura, como por ejemplo el llamado “suelo radiante”, el cual es utilizado para precalentar el agua que está contenida en una caldera. Se ha demostrado a través de diversos estudios, el consumo se reduce entre 25 y 45 por ciento, lo que quiere decir que si bien es cierto que en la práctica parece ser no muy rentable en sentido económico el poder dimensionar su instalación para así reducir el consumo mayor a 30%. El inconveniente con el uso para calefacción es que cuando se necesita en los días donde la calefacción es mayor, sucede que la captación y el rendimiento de este tipo de placa es menor. Cuando la placa es más eficiente, la necesidad de calefacción es menor.

Para la calefacción de espacios, usualmente se emplea técnicas para que el aire circule a través de paneles que han sido diseñados para este propósito, de este modo brinda la calefacción directa sin que existe ningún riesgo operativo debido al agua (si bien con no mucha eficiencia, esto es porque el aire no tiene una buena capacidad caloportadora).

También la placa solar térmica es muy adecuada para climatizar piscinas, debido a que la baja temperatura de trabajo que se requiere permite incluso algunas tipologías de placas, como por ejemplo sin vidrio protector, lo que trae como consecuencia que los costos se reduzcan bastante, así como también el impacto ambiental que produce su instalación. Esta placa no necesita de ningún tipo de acumulador ya que el agua de la piscina actuará como tal.

Instalación de la placa solar térmica

Si bien es cierto que su instalación es bastante fácil, no es menos cierto que se debe tener en cuenta diversos factores:

  • La orientación de la misma debe hacerse dirigiéndola hacia el sur teniendo en cuenta una tolerancia de más o menos 10 grados.
  • En cuanto a la inclinación debe hacerse sobre la horizontal parecida a la latitud de lugar, teniendo también una tolerancia de más o menos 10 grados.
  • No se debe subestimar la fuerza del viento, por eso, su anclaje no debe limitarse a aguantar el peso, también debe tomar en cuenta la fuerza del viento en sentido contrario.
  • Se debe considerar el vaso de expansión.
  • Tener en cuenta que el sensor térmico debe colocarse lo más próximo posible a la salida de agua de la placa para de este modo conseguir la máxima temperatura.

En fin, cuando existe un salto térmico menor, el rendimiento de la placa mejora, es decir, la diferencia que puede existir entre la temperatura de la placa con la del exterior. De manera que, su eficiencia presenta disminución cuando aumenta la temperatura de trabajo y cuando disminuye la temperatura exterior.