Un colector solar o captador solar es cualquier dispositivo diseñado para recoger (colectar) la energía recibida del sol y elevar la temperatura (el nivel térmico) de una red con vistas a su aprovechamiento. Los colectores se dividen en dos grandes grupos: los captadores de baja temperatura, utilizados fundamentalmente en sistemas domésticos de calefacción, agua caliente sanitaria y climatización de piscinas, fundamentalmente, y los colectores de alta temperatura, conformados mediante espejos, y utilizados generalmente para producir vapor que mueve una turbina que generará energía eléctrica.
Son aquellos que, por una inversión moderada, permiten obtener energía térmica para usos habituales en la construcción.
También llamado panel solar térmico, consiste en una superficie plana por la que discurre, embebida o pegada, una tubería por la que discurre el agua que se ha de calentar. El conjunto de la superficie (panel) y tubería son o están pintados, de color negro, que absorbe la radiación solar. Hay dos tipos fundamentalesː
Un colector solar de tubos de vacío consiste en una serie de tubos de vidrio de doble pared; la cámara intermedia está al vacío. Existen tres sistemas:
Llamada a veces horno solar, son sistemas para obtener muy altas temperaturas. Antiguamente se hizo con concentradores parabólicos fijos (horno solar de Odeillo) y actualmente se hace con campos de espejos planos orientables que dirigen su reflejo y lo concentran en un único punto situado en una torre, en la que se genera vapor de agua que suele servir para producir electricidad.
Los colectores solares tienen múltiples usos, entre los que se encuentran: preparación de agua caliente para usos sanitarios, climatización de piscinas, calefacción, frío solar, crear vapor, cocinar, esterilización, pasteurización, desalinización, lavado, secado, tintado, entre otras, tanto a nivel doméstico como industrial.
Dependiendo de la estación del año, tanto en viviendas unifamiliares como en edificios, las instalaciones de energía solar térmica pueden proporcionar entre el 30 % y el 100 % del agua caliente demandada, con medias anuales en torno al 40-100 % (dependiendo de la zona geográfica), por lo que necesitan el apoyo de sistemas convencionales de producción de agua caliente.
Utilizados para calefacción solo son indicados para sistemas de baja temperatura, como el suelo radiante, donde se emplean para lás épocas en las que no hace falta demasiada calefacción. En la práctica no es económicamente rentable dimensionar la instalación para reducciones de consumo mayores a un 30 %. El problema con el uso para calefacción es que los días en que las necesidades de calefacción son mayores, la captación y el rendimiento de los colectores disminuyen. Mientras que cuando los paneles son más eficientes, las necesidades de calefacción son menores.
Para calefactar espacios se pueden utilizar otros tipos de colector como el que hace circular aire entre láminas metálicas pintadas de negro contenidas en un dispositivo semejante al de los colectores cerrados antes descritos, pero especialmente diseñados para ello (caja aislada cubierta de vidrio pero de mayor espesor), que proporcionan calefacción directa sin los riesgos operativos que presenta el agua (aunque con menos eficiencia, debido a la menor capacidad caloportadora del aire y a que el aire suele estar más sucio y al no circuar en circuito cerrado ensucia el vidrio).
El uso de colectores solares térmicos es particularmente adecuado para la climatización de piscinas, pues la baja temperatura de trabajo requerida permite incluso tipologías de colectores sin vidrio protector, lo que abarata enormemente tanto los costes como el impacto ambiental de la instalación. Además, no necesitan acumulador puesto que es la propia agua de la piscina la que actúa como tal. En el caso de piscinas cubiertas que funcionan en invierno es un ahorro de energía y en el de piletas al aire libre permite prolongar la temporada de baños al tener más caliente el agua.
El colector solar así mismo puede utilizarse para refrigeración haciendo uso de un intercambiador de calor. Esta aplicación se vale de las propiedades de un gas para poder absorber y transportar calor. Por ende, si evaporamos agua y luego la utilizamos para intercambiar calor, veremos que el vapor de agua recolectará el calor que deseemos eliminar.
Para un uso industrial, podemos usar los colectores de alta temperatura para producir vapor de agua que podremos utilizar como una caldera, haciendo que el vapor mueva el motor que deseamos para, por ejemplo, la generación de electricidad. Si bien este método de generación de electricidad no está tan utilizado como podría ser un panel fotovoltaico, es una buena forma de generar electricidad a partir de energías convencionales, puesto que no produce contaminantes y puede producir el mismo trabajo que el carbón dentro de estas centrales eléctricas.
La instalación de un colectar solar es relativamente fácil si se tiene en cuenta varios factores:
El rendimiento de los colectores mejora cuanto menor sea el salto térmico, es decir, la diferencia de temperatura entre este y el exterior. Por lo tanto, la eficiencia disminuye al aumentar la temperatura de trabajo, y al disminuir la temperatura exterior —puesto que aumentan las pérdidas por transmisión en el vidrio—.
La regulación de un sistema de producción de ACS, que debe ser obligatoriamente por acumulación, se hace mediante un dispositivo llamado termostato diferencial. Dos sondas térmicas, una situada a la salida del agua caliente de los colectores y otra en el depósito de acumulación, envían sus mediciones al termostato; cuando este comprueba que la temperatura de salida del colector essuperior a la del depósito, pone en marcha la bomba de circulación del caloportador en caso contrario la para.
Es importante que la temperatura del depósito nunca supere la de ebullición del agua, para lo que hay que prevenir disposiciones adecuadas. Es muy importante en instalaciones de casas de vecinos, en las que las mayores temperaturas exteriores y más horas de sol (mayor rendimiento de los colectores) coinciden con el verano y, por lo tanto, con las vacaciones de los vecinos, lo que lleva a un menor consumo de agua.
Dentro de la instalación de los paneles para sistemas térmicos sanitarios, podremos determinar dos tipos de sistemas de instalación que aporta un distinto manejo del caudal cada uno, más uno mixto que contenga ambos modelos. Ellos son:
Se estima que el 80 % del consumo energético de una vivienda se produce en forma de agua caliente a baja temperatura (calefacción y agua caliente sanitaria).
Los colectores solares planos no son tecnológicamente complejos, por lo que su margen de evolución es muy limitado. No obstante, actualmente consiguen captar en torno al 98 % de la energía recibida del sol (compárese con el 15-20 % de los paneles solares fotovoltaicos comunes).
Por ejemplo, en Ciudad de México, se obtienen 15 MJ/día/m² en verano, y 8-10 MJ/día/m² en invierno.[cita requerida]
Si bien hasta finales de 2006 su empleo en calefacción era económicamente discutible y su viabilidad dependía de subvenciones estatales, hoy en día y debido sobre todo al aumento del precio del petróleo, constituyen una interesante inversión.
Sin embargo, el principal escollo que tiene que superar esta tecnología es su escasa utilización a lo largo del año: la demanda anual de calefacción, a diferencia del agua caliente, no se reparte homogéneamente, sino que se concentra en los meses más fríos, que además coinciden con los de menos luz solar. Por este motivo, los paneles de calefacción permanecen inactivos la mayor parte del año, dificultando su amortización en el tiempo y produciendo un exceso de energía térmica que hay que disipar de algún modo por lo que, aun disponiendo de ellos para refrigeración, si no se disipa adecuadamente, el exceso de calor puede destruir los colectores, por lo que hay que dotarlos de sistemas de prevención tales como pequeños radiadores exteriores, que elevan el coste de la instalación. La utilización masiva de paneles solares térmicos dependerá por tanto de nuestra capacidad para dotarlos de uso en verano, por ejemplo para refrigeración.
Para las pruebas de los captadores solares se utiliza la norma EN 12975.
https://web.archive.org/web/20190824181348/https://www.calentadorsolar.website/
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