Los colectores solares se utilizan en un número creciente de hogares alemanes. Absorben la energía solar y la convierten en calor. Independientemente de si se utiliza para generar agua caliente o para apoyar la calefacción, las áreas de aplicación son diversas y constituyen un paso hacia una vida sostenible.
Los colectores solares (solar térmica) y las células solares (fotovoltaica) pueden almacenar la energía del sol y convertirla en calor (solar térmica) o electricidad (fotovoltaica). Este es un gran logro, porque la estrella en el centro del sistema solar es una gran fuente de energía: cada día, alrededor de 1.8 x 1.014 kilovatios golpean la tierra. Los seres humanos ni siquiera necesitamos tanta energía: una producción de energía de 1.010 kilovatios ya cubre los requisitos globales y obtenemos alrededor de 10.000 veces más energía suministrada todos los días.
Aunque el uso de la energía solar comenzó en la antigüedad y el precursor de los colectores solares actuales se inventó en el siglo XIX, el uso real de la tecnología solar térmica en Europa solo comenzó durante la crisis del petróleo en 1973. En ese momento, se buscaron alternativas al combustible para calefacción, por lo que solo unos pocos años luego salieron al mercado los primeros paneles solares. La mayoría de ellos eran demasiado caros y técnicamente poco fiables.
Pero han pasado muchas cosas en los últimos 45 años. Los colectores solares ahora se pueden encontrar en los techos de muchas casas y son una buena forma de generar calor adicional.
Gracias a su apariencia discreta, los colectores solares ahora son adecuados para cualquier solución arquitectónica. La integración del techo ha demostrado su eficacia durante muchos años y ofrece protección contra el viento y el clima.
Estructura y función del colector solar
Se requiere un sistema solar térmico para utilizar la energía del sol para calentar agua o para calentar. Pero ojo: siempre es necesario un segundo generador de calor, porque la energía que genera el sistema solar térmico no es suficiente, sobre todo en invierno. Caro, pero la única alternativa: ahorras el calor del sol con enormes depósitos en invierno.
El corazón de un sistema solar es el colector. En el interior hay un absorbente que captura la radiación solar y se calienta en el proceso. Esto crea calor, que a su vez se transfiere a un medio de transferencia de calor. El medio de transferencia de calor es un líquido (líquido solar), generalmente compuesto por agua y propilenglicol. El propósito principal del propilenglicol es evitar que el agua se congele en invierno y se caliente demasiado en verano. El líquido calentado se bombea a través de las tuberías a través del absorbedor y luego al tanque de almacenamiento solar. La mayoría de las veces, el absorbedor está aislado en el lateral y en la parte inferior para evitar la pérdida de calor.
Tipos de paneles solares
Según el espacio de instalación y el presupuesto, puede elegir entre dos modelos básicos: el colector de placa plana y el colector de tubos.
Colector de placa plana
- amortiguador
El colector de placa plana se utiliza con mucha frecuencia. Contiene un absorbedor plano y continuo, por ejemplo de metal ennegrecido, en cuya parte posterior se unen las tuberías de agua para que conduzcan el calor. La cantidad de rayos solares que absorbe el absorbente depende del material, la forma, la disposición de los tubos y el revestimiento. Los paneles absorben mejor los rayos del sol cuando el material es lo más negro, delgado y conductor térmico posible.
- Medio de transferencia de calor
El agua circulante está enriquecida con agentes anticongelantes como propileno o etilenglicol para que las temperaturas bajo cero no revienten las tuberías. Sin embargo, los aditivos deben ser ambientalmente neutros.
- Carcasa del colector
El absorbedor descansa en una caja bien cerrada que mantiene la humedad y el polvo alejados. La carcasa debe estar hecha de material resistente a la corrosión.
- Capa de aislamiento
La carcasa está revestida con un material ligero pero resistente. Debe tener un valor U bajo y soportar las altas temperaturas en el colector. Están muy extendidos los paneles de espuma dura en relación con las esteras de lana mineral, pero también con lana de oveja y de roca. Cuidado con los ingredientes desgasificantes: forman un precipitado en el interior del acristalamiento y reducen la incidencia de la luz.
- La tapa de cristal
La caja colectora está cubierta con una placa de vidrio. El llamado grado de transmisión es importante para la selección del vidrio. Indica cuánta radiación de luz deja pasar el vidrio. El vaso debe alcanzar un valor de 0,9. Para ello se utiliza vidrio templado con bajo contenido de hierro. Suele estar estructurado para que no deslumbre. Durante varios años ha existido un vidrio antirreflectante que tiene una mayor permeabilidad que el vidrio estructurado. Sin embargo, cuestan un poco más.
Colector de tubo de vacío
Los colectores de tubos de vacío constan de una gran cantidad de tubos de vacío rodeados por reflectores metálicos. De este modo, los reflectores reflejan la luz solar en el tubo. Estos contienen un absorbente oscuro. Debido a que los tubos se vacían, la pérdida de calor se minimiza. Además, se producen temperaturas más altas en un área más pequeña. El colector también funciona eficazmente con luz solar difusa. Los colectores de tubos, por ejemplo, generan tanta agua caliente en 3,5 metros cuadrados como los colectores de placa plana en un área de cinco metros cuadrados. En verano, esto es casi completamente suficiente para calentar el agua de una familia de cuatro. Durante un año, se cubre el 60 por ciento de las necesidades de agua caliente de la familia. Desventaja: el colector de tubos cuesta el doble que un colector de placa plana.
Cuando se trata de colectores de tubos, cabe destacar que existen dos tipos diferentes que presentaremos a continuación:
- Principio del tubo de calor
Cada tubo cerrado forma un circuito cerrado. Los rayos del sol que inciden en el absorbedor del tubo hacen que se evapore un líquido especial. En la parte superior del tubo, el vapor se enfría en un bloque intercambiador de calor. El vapor vuelve a licuarse. El líquido en el tubo fluye hacia abajo, la evaporación comienza de nuevo. El calor liberado en el proceso calienta el fluido en circulación que pasa por el intercambiador de calor. El sistema de tubería de calor requiere un ángulo mínimo de inclinación de alrededor del 30 por ciento para que el circuito funcione.
- Tubos con flujo directo
Con este sistema, el sol calienta directamente el fluido caloportador en el tubo absorbente en el medio del tubo. El medio de transferencia de calor pasa por varios tubos. Una gran ventaja de este sistema es que los tubos se pueden montar vertical y horizontalmente.
Los colectores de tubos de vacío proporcionan un rendimiento energético óptimo incluso cuando hay poca radiación solar y en la estación fría.
¿De qué condiciones depende el rendimiento?
El rendimiento anual de un colector solar depende de varios factores:
- Las condiciones climáticas: Puede haber diferencias considerables entre ubicaciones individuales dentro de Alemania. Hay ubicaciones con más de 1,000 kilovatios hora por metro cuadrado por año y ubicaciones con menos de 900 kilovatios hora por metro cuadrado por año.
- La orientación: lo mejor es una orientación al sur y un ángulo de inclinación de unos 45 grados.
- Sombras de otros edificios o árboles.
- Contaminación: La lluvia y la nieve suelen eliminar gran parte de la suciedad. Lo mejor es utilizar detergentes suaves y un cepillo suave contra las manchas rebeldes. Evite el uso de limpiadores de alta presión.
El tamaño de los colectores para calentar agua.
Cualquiera que utilice colectores de placa plana necesita 1,5 metros cuadrados de superficie colectora por persona en el hogar para calentar el agua. Para colectores de tubos más potentes, 1 metro cuadrado por cabeza es suficiente. Regla empírica para el tamaño del tanque de almacenamiento de agua: Calcule 40 litros de agua tibia a 45 grados Celsius por persona y horas diarias 2. Un hogar de 4 personas puede sobrevivir con 6 metros cuadrados de colectores planos o 4 metros cuadrados de tubos colectores y un tanque de almacenamiento con 300 litros. Costo: alrededor de 3.500 euros.
Calefacción con calor solar
Para utilizar el calor solar para la calefacción de espacios, calcule de 3 a 4 metros cuadrados de área de colectores por persona en casas bien aisladas. El tanque de almacenamiento debe contener alrededor de 60 litros por metro cuadrado de superficie colectora, un poco más grande para colectores tubulares. Coste: desde unos 6.000 euros. En una casa bien aislada, el sistema de calefacción solar puede proporcionar hasta el 25 por ciento de la energía para calefacción y agua caliente.
Efecto de la nieve
Una vez que los paneles solares están cubiertos de nieve, por lo general ya no producen ningún rendimiento. Sin embargo, a menudo no hay rendimiento en estos días porque la radiación solar suele ser demasiado baja.
Sin embargo, con los colectores de tubo, es posible obtener un buen rendimiento en días despejados y fríos, por lo que quitar la nieve puede ser útil.
Si el colector solar está cubierto de nieve, por lo general no recibe luz solar y, por lo tanto, no puede almacenar energía en forma de calor.
Comparación de la eficiencia de los colectores solares y las células solares
¿Qué es más, colectores solares o células solares? La experiencia ha demostrado que los colectores solares son significativamente más eficientes que los módulos fotovoltaicos. Los colectores solares logran eficiencias de alrededor del 90 por ciento, con pérdidas de calor de poco menos del 50 por ciento. Sin embargo, esto sigue siendo mejor que la eficiencia de un sistema fotovoltaico con una eficiencia de solo el 20 por ciento. La razón de esto es que la luz solar cubre un amplio espectro. Cualquier tipo de radiación se puede convertir en calor. Sin embargo, los sistemas fotovoltaicos solo pueden convertir una pequeña parte de la radiación en electricidad.