Guía del ahorro y eficiencia energética: Colectores solares

Un sistema solar está constituido por el colector solar, el subsistema de almacenamiento, el de transporte de energía (tuberías, bombas, intercambiadores) y el de utilización o consumidor de la energía solar captada:

  • Colectores solares, eficiencia energética, aprovechamiento solarSubsistema de Captación: formado por los colectores solares, estructuras o fijaciones a las distintas cubiertas, accesorios para su conexionado y la valvulería necesaria para su correcto funcionamiento.
  • Subsistema de Intercambio y Circulación: formado por los elementos electromecánicos que provocan la circulación del fluido caloportador hasta el Subsistema de Captación y los elementos en los que se produce el intercambio de la energía generada en los colectores al Subsistema de Acumulación.
  • Subsistema de Acumulación: formado por el o los acumuladores en los que se almacena la energía generada en el Subsistema de Captación, en forma de agua caliente. Para aplicaciones distintas a la Producción de ACS, los acumuladores de agua sanitarios se sustituyen por depósitos de inercia o por los vasos de las propias piscinas.
  • Subsistema Eléctrico y de Control: formado por los distintos elementos eléctricos y electrónicos que permiten la regulación y control de la instalación solar de manera automatizada.
  • Subsistema auxiliar y de consumo: formado por elementos de energía convencional (gas, gasoil, etc.) que apoyan a la instalación solar en épocas de baja radiación, puntas de consumo o mantenimientos. Este Subsistema se une al circuito de consumo de la vivienda.

En su diseño hay que tener en cuenta que, tan importante como la correcta selección de los elementos integrantes de cada subsistema, es la correcta integración de todos ellos en el sistema y la selección de las estrategias de regulación control y operación.

Los colectores solares son el corazón de cualquier sistema de utilización de la energía solar: captan la radiación solar y la transforman en energía térmica. Los criterios básicos para seleccionarlos son:

  • Productividad energética a la temperatura de trabajo y coste.
  • Durabilidad y calidad.
  • Posibilidades de integración arquitectónica y
  • Fabricación y reciclado no contaminante.

Dependiendo de la aplicación, el tipo de colector solar que hay que utilizar varía. Para aplicaciones que requieren un fluido a baja temperatura (<100 ºC) los sistemas con colectores de placa plana son los más utilizados, seguidos por los tubos de vacío, Fig. 10. Los colectores de tubos de vacío se distinguen de los colectores planos por sus menores pérdidas térmicas -mayor rendimiento- al encerrarse el absorbente solar en una cápsula de vidrio de la que se extrae el aire y sus mayores posibilidades de integración arquitectónica. La diferencia de productividad energética entre los diferentes tipos de colectores planos viene dada por las diferencias en las propiedades ópticas de los recubrimientos de sus absorbentes y por las características y espesores de los aislamientos térmicos. Las diferencias en durabilidad y calidad surgen de los materiales empleados y, en especial, de la junta de estanqueidad que une la cubierta de vidrio del colector con el marco y de la resistencia del material de aislamiento térmico al apelmazamiento por las condensaciones internas del colector.

Colectores solares, eficiencia energética, aprovechamiento solar

Figura 10. Ejemplos de tecnologías solares: Colectores solares Viessmann.

Al igual que ocurre con las calderas, la utilización de colectores más eficientes tiene una influencia mucho más significativa en la productividad anual que la que se puede deducir de la comparación directa de los rendimientos instantáneos (relación entre el calor extraído del colector en un momento dado y la radiación solar disponible en ese momento). Además, se pueden encontrar reducciones significativas en los costes del resto de los elementos del sistema solar ya que para un mismo aporte solar hacen falta instalar menos m 2 de colectores y se puede trabajar a temperaturas más altas sin repercusión en el rendimiento (Bombas, tuberías, almacenamiento, intercambiadores, etc., más pequeños). Por otra parte, se pueden encontrar reducciones adicionales en los costes de los componentes del circuito hidráulico -con un aumento en la eficiencia del sistema solar al favorecerse la estratificación en la acumulación solar- si se utilizan colectores que, como los Vitosol, son capaces de trabajar a caudales más bajos que los estándar.

Desde el punto de vista de la integración arquitectónica, una ventaja que tienen los colectores de vacío de absorbente plano es que permiten una mayor flexibilidad de montaje. Así, los tubos de vacío con absorbente plano se pueden instalar en una superficie horizontal o vertical y girar los tubos para que su absorbente esté a la inclinación u orientación adecuada.