La energía solar representa una de las energías renovables con mayor potencial para suministrar energía de alta calidad a bajo costo. Los colectores solares son unos dispositivos esenciales para poder suministrar energía calorífica en aplicaciones domésticas e industriales, pero ¿qué es y cómo funciona un colector solar?
Estos son dispositivos los cuales aprovechan la energía solar que se utiliza para elevar la temperatura de algún líquido y como mencionamos es ideal para proyectos en hogares, comerciales e incluso industriales.
A continuación, explicaremos más sobre qué son los calentadores solares, cómo funcionan y porqué son necesarios en las instalaciones de tus clientes.
Índice
- ¿Qué es un colector solar?
- ¿Cómo funciona un colector solar?
- Tipos de colectores solares
- Funciones del colector en las instalación solares
1. ¿Qué es un colector solar?
Un colector solar es un dispositivo que captura y concentra la radiación solar para su aprovechamiento. Una vez que los colectores captan la radiación solar, esta es transferida a un líquido que fluye a través del colector en forma de calor. Comúnmente, se usa agua como fluido de transferencia, aunque también se puede usar aire en colectores solares particulares.
Los colectores solares son una alternativa a los sistemas convencionales de calefacción y calentamiento de agua que no requieren de ningún tipo de combustible para su funcionamiento. Por lo tanto, permite reducir los gastos relacionados a este servicio en mediano y largo plazo.
2. ¿Cómo funcionan los colectores solares?
De manera general, un colector solar funciona como un intercambiador de calor entre fluidos. Esto se realiza a través de una superficie receptora que absorbe la radiación solar y la transfiere a un fluido que circula a través de una tubería de metal.
La parte inferior de la superficie absorbente debe de estar bien aislada para reducir las pérdidas generadas por la convección del calor hacia el exterior.
3. Tipos de colectores solares
De manera general, existen dos tipos principales de calentadores solares: de concentración y de no concentración.
Colectores solares de no concentración
Los colectores solares de no concentración son los más conocidos y los más económicos, ya que no requiere de costos adicionales de operación para que funcione de manera apropiada.
Estos tipos de colectores aprovechan la radiación solar directa y difusa, por lo que no es necesario incorporar un sistema de seguimiento solar. Sin embargo, esto significa que tienen rendimientos menores y operan a temperaturas inferiores a los 100° C.
De este tipo se derivan subtipos de colectores solares, los cuales son:
– Colector Plano
El colector solar más común en la industria debido a su simplicidad de instalación y bajo costo. Estos colectores están diseñados para estar colocados de manera fija sobre un techo o un marco de soporte.
De manera general, los colectores planos funcionan al pasar el flujo del fluido a calentar a través de una tubería de cobre o aluminio soldada a una placa que absorbe calor. Para este caso, la tubería se puede acomodar en un arreglo recto o serpentino.
En el caso de colectores que trabajan con aire, se debe de modificar el diseño para poder reducir las pérdidas generadas por convección y por la baja tasa de transferencia entre el metal de la tubería y el aire que fluye por el colector. Particularmente, se debe aumentar el área de contacto entre la superficie absorbente y el aire, así como incorporar hojas de metal onduladas.
Cabe señalar que los beneficios de este tipo de colector son reducidos significativamente en condiciones climáticas poco favorables, es decir, en días fríos, nublados o con viento.
– Colector Solar de Tubos de Vacío
En comparación con los colectores solares convencionales, este tipo de convectores suprimen en gran medida las pérdidas generadas por convección, lo cual reduce las pérdidas generadas en condiciones climáticas no favorables. Esto es gracias a que los tubos por donde pasa el fluido están aislados al vacío, reduciendo las pérdidas por convección en un 95%.
Colectores solares de concentración
Por otro lado, los colectores solares de concentración se caracterizan por interponer una serie de dispositivos ópticos ya sea lentes o espejos, que dirigen la radiación solar a un punto concentrado. De esta manera, la superficie receptora es capaz de absorber una mayor cantidad de energía.
Este tipo de tecnología permite alcanzar temperaturas más altas que los colectores de no concentración con la misma área, alcanzando temperaturas entre los 400°C y los 2000°C dependiendo de la tecnología. Esto no solo incrementa la eficiencia del sistema, sino también otorga una mayor flexibilidad respecto al nivel de temperatura que los fluidos pueden alcanzar en un colector.
A pesar de esto, estos sistemas requieren de un sistema de seguimiento solar de manera que los dispositivos ópticos usados deben estar alineados para que su superficie esté siempre de manera perpendicular a la radiación solar. Esto requiere de inversión adicional para que el sistema pueda funcionar.
Los colectores de concentración se dividen en dos grupos principales:
– Concentradores de Punto de Foco
Tipo de concentrador donde se usan varios dispositivos ópticos para concentrar la radiación solar en conjunto en un solo punto. Comúnmente, las matrices de espejos o lentes se montan sobre el suelo, mientras que el punto focal se coloca por encima de estos.
– Colector de Línea
Tipo de concentrador donde los lentes o espejos concentran la radiación solar en una sola tubería por donde pasa el fluido. Un ejemplo de este tipo de tecnología es el Colector Parabólico Compuesto (CPC).
4. Funciones del colector en las instalación solares
Los colectores solares pueden cumplir con varias funciones en una instalación, las cuales se mencionan a continuación:
- Calentamiento de agua: En una instalación, se puede calentar agua potable para su uso doméstico.
- Calefacción y enfriamiento de espacios: Los colectores solares se pueden usar para calentar o enfriar aire entrante para poder regular la temperatura del interior de un edificio.
- Calor para procesos industriales: Existen múltiples aplicaciones industriales para el calor, principalmente en la industria de los alimentos para la producción de leche y embutidos.
- Hornos solares: Los hornos solares son sistemas de alta concentración que se usan para el procesamiento de materiales químicos.
- Desalinización de agua: La energía solar es una alternativa viable para suministrar agua potable a través de la evaporación de agua salada.
Conclusión
Esperamos haber resuelto tu duda sobre cómo funciona un colector solar, y como has visto sin duda este dispositivo tiene mucho que ofrecer a tus clientes, además que hoy en día muchos buscan tener el aprovechamiento tanto de energía eléctrica como térmica.
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