1.- ENERGIA SOLAR TÉRMICA I - SESIÓN 3

II MÁSTER ENERGÍA SOLAR Y
RENOVABLES
1
ENERGIA SOLAR TÉRMICA I
SESIÓN 3:
COMPONENTES DE UNA
INSTALACIÓN SOLAR:
(I) EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
PROFESOR: ABRAHAM RUIZ
[email protected]
1. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA
1.1. PROPIEDAS FUNDAMENTALES DE LOS LÍQUIDOS
2
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
1. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA
1.1. PROPIEDAS FUNDAMENTALES DE LOS LÍQUIDOS
3
El principio
i i i básico
bá i de
d funcionamiento
f i
i t es ell que sigue:
i
† CAPTACION de la energía radiante para ser transformada
en energía
g térmica, con el aumento de la temperatura
p
de
un fluido de trabajo.
† INTERCAMBIO de la energía térmica desde un circuito
primario o de captación hasta el circuito secundario o de
primario,
almacenamiento
† ALMACENAMIENTO, de la energía térmica para su
posterior
t i utilización.
tili ió
Estas funciones deben complementarse con la producción de
g térmica mediante un sistema convencional,, p
para
energía
asegurar la satisfacción de la demanda energética en
momentos de escasa radiación. APOYO
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
1. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA
1.1. PROPIEDAS FUNDAMENTALES DE LOS LÍQUIDOS
4
SSubsistema
bit
d CAPTACION:
de
CAPTACION está
tá formado
f
d por uno o
varios colectores que transforman la radiación solar
incidente en energía
g térmica, q
que es transferida al fluido
de trabajo contenido en su interior.
Subsistema de INTERCAMBIO: Realiza la transferencia
de la energía térmica captada desde el circuito de
colectores al circuito de acumulación.
Subsistema de ALMACENAMIENTO o acumulación,,
constituido por uno o mas depósitos que almacenan el
agua caliente hasta que se precisa su uso. En el caso de
calentamiento de agua para piscinas,
piscinas el sistema de
almacenamiento es el propio vaso de la piscina.
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1. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA
1.1. PROPIEDAS FUNDAMENTALES DE LOS LÍQUIDOS
5
SSubsistema
bit
hid á li Constituido
hidráulico.
C tit id por tuberías,
t b í bombas,
b b
válvulas…que se encargan de conducir el fluido caliente
desde el sistema de captación
p
al de acumulación y de
ahí, hasta la red de consumo.
Subsistema de regulación y control, es responsable de
asegurar el correcto funcionamiento de la instalación
para proporcionar un adecuado servicio de agua caliente
y aprovechar la máxima energía solar posible.
Subsistema de energía auxiliar, se utiliza para
complementar el aporte solar suministrando la energía
necesaria para cubrir la demanda prevista y garantizando
la continuidad del suministro.
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
6
El captador
t d solar
l es ell elemento
l
t encargado
d de
d transformar
t
f
l
la
radiación solar (radiación electromagnética) en energía
térmica (agua caliente, aire caliente, etc. ) en definitiva un
fl id a una temperatura
fluido
t
t
superior
i a la
l del
d l ambiente.
bi t
Existen diversos tipos y diseños de captadores con costes y
pueden utilizar en diversas
rendimientos diferentes y se p
aplicaciones. Actualmente el más utilizado es el colector solar
plano del cual existen muchas variantes.
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
7
SSabemos
b
que todo
d cuerpo expuesto all soll se calienta
li
y
simultáneamente se producen perdidas por radiación,
convección y conducción que crecen con la temperatura.
temperatura
En equilibrio termodinámico, la potencia incidente
(irradiancia solar) en un captador solar será igual a la
potencia perdida.
El equilibrio
q
se p
produce a 100ºC cuando G=1000W/m2.
Si además de las perdidas que se producen, extraemos
energía útil del mismo (caso del captador solar ), se
tiene:
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2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.1. ELEMENTOS DE UN CAPTADOR SOLAR
8
En la siguiente figura se muestra un esquema de un
captador solar plano para líquidos. En ella se
representan los elementos más importantes del
mismo.
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.1. ELEMENTOS DE UN CAPTADOR SOLAR
9
Desde
D
d ell punto
t de
d vista
i t geométrico
ét i , en un captador
t d solar
l se
diferencian los siguientes términos relativos a la superficie del
mismo:
†
†
†
Área total: área máxima proyectada por el captador completo, excluyendo
cualquier medio de soporte y acoplamiento de tubos.
Área de apertura: área proyectada máxima a través de la cual penetra la
radiación solar sin concentración en el captador.
captador
Área del absorbedor: área proyectada máxima de la proyección del
absorbedor. No incluye ninguna parte del absorbedor que no es alcanzada
por la radiación solar cuando su dirección es perpendicular al plano de
proyección que define el área del absorbedor.
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2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.2. EFECTO INVERNADERO
10
LLa radiación
di ió electromagnética
l t
éti all incidir
i idi sobre
b un cuerpo puede
d ser
total o parcialmente absorbida, reflejada o transmitida. La mayor
parte del espectro de la radiación solar esta comprendido entre 0.3
y 3μm.
3μm El vidrio es transparente entre 0.3
0 3 y 3μm y opaco fuera de
esas longitudes de onda.
La irradiación después de atravesar el vidrio incide sobre el
absorbedor, el cual se calienta y emite a su vez radiación con
longitud
g
de onda comprendida
p
entre 4.5 ((370ºC)) y 7.2 μ
μm ((129ºC))
para la cual el vidrio es opaco.
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.3. CUBIERTA TRANSPARENTE PLANA
11
La cubierta
c bierta transparente plana:
plana Es
E ell elemento
l
t transparente
t
t a la
l
radiación solar y opaco a la radiación de onda larga que emite el
absorbedor (material selectivo trasmisivo), produciendo así el
efecto invernadero en el interior del captador.
captador
Algunos captadores llevan varias cubiertas transparentes que
reducen las pérdidas pero aumentan mucho el coste de los
equipos.
equipos
Funciones:
†
†
†
†
Protege los elementos internos del colector, absorbedor y aislamiento.
Forma parte de los elementos de aislamiento del colector y permite la
creación del efecto invernadero. Reduce las pérdidas térmicas por convección
y radiación en el absorbedor.
Debe permitir que la radiación solar penetre fácilmente
Debe resistir los efectos del medio ambiente (estanqueidad)
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2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.3. CUBIERTA TRANSPARENTE PLANA
12
C
Características:
í i
†
†
†
†
†
†
Alto coeficiente de transmisión en el intervalo (0.3‐3μm).
Bajo coeficiente de transmisión para longitud de onda > 3μm.
3μm
Bajo coeficiente de conductividad térmica.
Alto coeficiente de reflexión en la cara interior de la cubierta
para longitudes de ondas largas.
Rechazo a la suciedad por la cara exterior (facilidad de limpieza).
Buena resistencia mecánica (viento, nieve, granizo, etc.).
M t i l utilizados:
Materiales
tili d
†
†
Vidrio selectivo.
Materias plásticas.
plásticas
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2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.3. CUBIERTA TRANSPARENTE PLANA
13
2.1.3.1. Vidrio.
† Propiedades
ópticas:
La transmisión energética es función del espesor, del
ángulo
g
de incidencia y del tipo
p de vidrio (composición
p
química). Podemos definir el coeficiente de
transmisión de un vidrio como:
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2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.3. CUBIERTA TRANSPARENTE PLANA
14
2 1 3 1 Vidrio.
2.1.3.1.
Vid i
†
La composición química del vidrio tiene un gran influencia sobre τ. Un
alto contenido en sales de hierro reduce notablemente la
transmisividad de un vidrio.
vidrio Por ello lo recomendable es el uso de
vidrios selectivos con bajo contenido en FeO.
†
Normalmente se fabrican vidrios especiales para cubiertas de
captadores solares tanto desde el punto de vista mecánico (templado,
p
) y óptico
p
((τ>90%).
) La distancia entre el vidrio y el
3‐4 mm espesor)
absorbedor esta comprendida entre los 2‐4 cm.
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.3. CUBIERTA TRANSPARENTE PLANA
15
2.1.3.2. Materiales
i l plásticos
lá i
† Hay
plásticos con coeficientes de transmisión similares
all vidrio,
id i
cuyas características
í i
principales
i i l
l
las
podríamos resumir:
„ Poca
densidad (fácil mantenimiento).
mantenimiento)
„ Poca fragilidad.
„ Baja
j conductividad térmica.
„ Alto coeficiente de dilatación lineal.
„ Baja resistencia a temperaturas elevadas.
„ Dureza poco elevada.
„ Inestabilidad química y deterioro físico bajo la acción de
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2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.4. ABSORBEDOR
16
El absorbedor:
absorbedor es ell elemento
l
t fundamental
f d
t l de
d un captador
t d solar
l
plano, su misión es recibir la radiación solar, transformarla en
energía térmica y transmitirla al fluido caloportador.
S suele
Se
l emplear
l
cobre
b o aluminio.
l i i En
E ell caso de
d que ell fluido
fl id que
pasa por el absorbedor sea el mismo que se utiliza en el sistema
(ej. piscinas) se emplean absorbedores de acero o plástico.
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2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.4. ABSORBEDOR
17
EEn ell mercado
d existen
i t muchos
h diseños
di ñ de
d absorbedores
b b d
para líquidos:
†
†
Dos p
placas metálicas separadas
p
algunos
g
milímetros entre las
cuales circula el líquido caloportador.
Placa metálica sobre la que están soldados o embutidos los
tubos p
por los q
que circula el fluido.
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2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.4. ABSORBEDOR
18
El uso de
d materiales
t i l metálicos
táli
en captadores
t d
radica
di principalmente
i i l
t
en su elevada conductividad térmica y su baja emisividad. Por el
contrario, este tipo de materiales poseen una baja absortividad lo
cual reduce la captación de energía electromagnética y su
transformación en térmica.
Por ello es necesario cubrir el absorbedor con una superficie
adecuada básicamente se utilizan dos tipos de tratamiento para
adecuada,
cubrirla.
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.4. ABSORBEDOR
19
T t i t no selectivos.
Tratamientos
l ti
Pi t
Pinturas:
†
†
Coeficiente
de
absorción
elevado,
coeficiente de emisión elevado (α≈ε)
Las perdidas por emisión son elevadas y
crecen con la temperatura.
Tratamientos selectivos:
†
†
†
†
Coeficiente de absorción elevado (α ≈ 0.9)
0 9)
Coeficiente de emisión bajo (ε ≈ 0.1)
Superposición de varias capas (metal y
compuestos metálicos). Normalmente
suelen
ser
metales
pulimentados
recubiertos por una capa de pintura negra
a base de oxido de cromo, níquel, hierro o
cobre.
cobre
El cociente α/ε es el índice de selectividad
o efectividad de un absorbedor, a medida
que aumenta , aumenta la calidad del
absorbedor
b b d de
d un captador.
d
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.4. ABSORBEDOR
20
Las características que definen un buen absorbedor,
absorbedor destacamos:
†
Perdida de carga
„
„
†
Corrosión interna
„
„
†
†
†
†
Es recomendable el uso de captadores con absorbedores de baja inercia térmica.
Homogeneidad en la circulación del fluido caloportador en el absorbedor
„
†
No utilizar uniones cobre‐hierro a fin de evitar la corrosión del hierro.
Evitar que el fluido pueda llegar a ser corrosivo.
corrosivo
Capacidad del absorbedor
„
†
En termosifón inferior a 3mm por m2 de captador.
En forzada la perdida de carga no es un factor crítico.
crítico
El caudal debe ser el mismo en todas las partes del absorbedor.
Puentes térmicos
Resistencia a la presión
Transmisión de calor
Disposición de entradas y salidas
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2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.4. ABSORBEDOR
21
Ti
Tipos
d absorbedores:
de
b b d
†
†
Los
dos tipos
principales de
configuración del absorbedor del
colector son parrilla de tubos (arpa) y
serpentín. El modelo empleado
principalmente es el primero, puesto
que, aunque provoque un menor
tiempo de residencia y cierto
desequilibrio hidráulico, provoca una
pérdida de carga muy baja, lo que
facilita la cantidad de colectores a
conectar en paralelo y el dimensionado
de los circuladores del circuito
primario.
Se disponen
p
circuitos interiores cuando
las condiciones del fluido a trasportar
aseguren un pH entre 7.2 y 7.6, no
siendo válido el empleo del hierro. Si se
p
usa aluminio se deben emplear
inhibidores de iones de Cu y Fe.
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.5. EL ÍNDICE I.A.M.
22
El I.A.M.
I A M (Modificación
(M difi ió del
d l ángulo
á
l de
d incidencia)
i id i ) es la
l relación
l ió
entre el factor de eficiencia del captador medio diario y el
factor de eficiencia dado p
por el fabricante ((máximo).
)
Podemos decir que es el parámetro que mide como cambia la
capacidad de captación del captador conforme se modifica el
á
ángulo
l con que incide
d la
l radiación.
d ó
Para captadores solares planos su valor eta entre 0,96
(captadores cubierta simple) y 0,94
0 94 (captadores doble
cubierta).
En la actualidad existen muchos captadores
p
con valores I.A.M
superiores a la unidad dependiendo de la configuración y
geometría del absorbedor y la cubierta plana transparente.
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.6. AISLAMIENTO TÉRMICO
23
Para evitar la cesión de calor desde el interior del captador al exterior es necesario
proveer al equipo de capas de aislamiento en el lateral y en fondo.
Un buen aislamiento en estas zonas que no están expuestas generalmente al sol
contribuye
y a disminuir el factor de p
pérdidas del captador,
p
, aumentando su
rendimiento. Los aislantes deben de poseer, entre otras, las siguientes
características:
†
Buen comportamiento a altas temperaturas.
„
†
Bajo nivel de desprendimiento de vapores.
„
†
†
E Verano
En
V
pueden
d alcanzarse
l
l 200ºC de
los
d temperaturas.
t
t
Con la acción del calor los aislantes pueden desprender vapores que pueden condensarse en la
cubierta.
Bajo nivel de degradación con el tiempo.
Resistentes a la humedad.
„
Por lo general los aislantes se degradan con rapidez ante la presencia de humedad, por lo que se
penetración accidental de agua
g
o la p
presencia de condensaciones en el
debe de evitar la p
captador.
En el mercado existen diferentes tipos de aislantes, los más utilizados en
captadores planos son: Lana de vidrio, corcho expandido, XPS, EPS, resina de
melanina (λ<0 05 W/mK a 50ºC)
melanina…(λ<0,05
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.7. LA CARCASA
24
LLa caja
j o carcasa se encarga de
d encapsular
l
todos los elementos que componen el
colector, dotando al conjunto de rigidez
mecánica. Es el elemento que sirve para
conformar el captador,
p
fijando
j
la cubierta.
Habrá que prestar atención a la corrosión y
deterioro debido a la radiación solar y a los
agentes atmosféricos.
Está realizada preferentemente en aluminio
anodizado, si bien para soluciones de menor
calidad constructiva se utilizan materiales
con una mas baja resistencia a la
intemperie.
Como elemento fundamental de la caja se
encuentra la junta de la cubierta. Es un
elemento de material elástico cuya función
es asegurar la estanqueidad de la unión
entre cubierta y carcasa.
carcasa Servirá a su vez
para absorber las diferencias en las
dilataciones entre la carcasa y la cubierta,
para que no se produzca rotura en ningún
elemento del captador.
MARCO ALUMINIO
ANODIZADO
TUBOS DE COBRE
DEL COLECTOR
RACOR
CONEXIÓN
TUBO DE
COBRE DEL
COLECTOR
∅ 22 mm
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
CRISTAL
PIRAMIDAL
ABSORBEDOR
AISLAMIENT
O DE LANA
DE ROCA
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.7. LA CARCASA
25
LLas condensaciones
d
i
en ell interior
i t i de
d la
l carcasa, sobre
b todo
t d en ell absorbedor,
b b d son
peligrosas ya que producen óxidos en los metales reduciendo su rendimiento y vida
útil. Para evitarlas los fabricantes utilizan varias técnicas:
†
Captadores
p
completamente
p
estancos
„
†
Se les realiza un cierto vacio en el interior para evitar deformaciones por efecto de la temperatura.
Captadores estancos al agua pero no al aire
„
Son más económicos que los anteriores y más resistentes. En contrapartida el rendimiento del
captador disminuye.
disminuye
La durabilidad de los captadores térmicos es, sin duda, un factor decisivo
en la selección del mismo, más aún cuando se pretende que su vida útil se
extienda mas allá de los 20 años.
Las principales causas de fallo de un captador son:
†
†
†
†
†
Entrada de agua en el interior del captador
Degradación del tratamiento del absorbedor
Corrosión del absorbedor
Degradación y rotura de la cubierta
Degradación
g
del material de las jjuntas
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.8. RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE UN CAPTADOR
26
Balance energético en un captador:
†
El flujo energético y las pérdidas que se producen en un captador solar:
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.8. RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE UN CAPTADOR
27
LLas prestaciones
t i
energéticas
éti
d los
de
l captadores
t d
se determinan
d t
i
mediante
di t
ensayo de eficiencia energética descrito en la norma UNE‐EN 12975. En
este ensayo se determina el calor útil que proporciona el captador solar en
función de la temperatura del circuito primario y de la irradiancia solar.
Los datos experimentales obtenidos se representan en una gráfica en
forma de rendimiento en función de la temperatura característica:
†
Temperatura característica:
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.8. RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE UN CAPTADOR
28
S observa
Se
b
que ell ajuste
j t de
d datos
d t se puede
d realizar
li con una recta:
t
La norma indica que se debe realizar una aproximación cuadrática cuando las medidas recojan una
tendencia cóncava. De esta forma se obtiene la siguiente
g
curva cuadrática:
Por lo tanto los datos que proporcionan los fabricantes son los siguientes:
†
†
†
Coeficiente de rendimiento ηo (adimensional).
Coeficiente de perdidas lineal a1 (W/m2K)
Coeficiente de pérdidas cuadrático a2 (W/m2)
En algunos casos la curva del captador esta representada en función de la temperatura
característica expresada en función de la temperatura de entrada del captador:
Luego la curva de rendimiento queda expresada de la siguiente forma:
Donde:
†
†
K0 es el factor de eficiencia óptica y k1 el coeficiente global de perdidas.
El método de las curvas f (f‐chart) requiere la curva lineal del captador basada en la temperatura de
entrada.
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.8. RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE UN CAPTADOR
29
Rendimiento instantáneo de un captador:
†
Puntos significativos de la curva de rendimiento de un captador:
„
„
Corte con ell eje
C
j d
de ordenadas:
d
d Rendimiento
R di i
óptico
ó i o máximo.
á i
Corte con el eje de abscisas:
„ Rendimiento instantáneo nulo, bien por baja irradiancia solar, bien por
que la temperatura en el interior del colector es tan alta que las
perdidas térmicas son iguales a la energía absorbida.ÆTemperatura de
estancamiento.
„ Según UNE EN12975 Testc /G=1000W y tamb=30º.
A raíz del balance energético de un captador, ¿Qué tipo de
captadores
d
existen
i
en ell mercado?,
d ? En
E función
f ió d
dell
rendimiento ¿para qué tipo de instalaciones se utilizan?
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.. RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE UN CAPTADOR
30
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.8. RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE UN CAPTADOR
31
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.8. RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE UN CAPTADOR
32
¿Qué tipo de curva de rendimiento tendrán cada uno de los
captadores vistos?
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.8. RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE UN CAPTADOR
33
Colectores solares de tubo de vacio:
†
†
Los tubos de vacío están compuestos por un doble tubo de vidrio, entre cuyas
paredes se hace un vacío muy elevado (en torno a 0,005 pa), y el vidrio interior
suele llevar un tratamiento a base de metal pulverizado para aumentar la absorción
de radiación.
Las dimensiones de los tubos son similares a las de un tubo fluorescente; en torno a
los 60mm de diámetro y 180cm de largo
sellado con
juntas
encaje
conexión
tubo-en-tubo
tubo
repartidor
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
muelle
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.8. RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE UN CAPTADOR
34
C l t
Colectores
solares
l
de
d ttubo
b d
de vacio:
i
†
Existen dos conceptos de funcionamiento diferentes:
„ SISTEMAS DE FLUJO DIRECTO: el fluido caloportador
p
circula p
por el
tubo expuesto al sol, calentándose a lo largo del recorrido.
„ SISTEMAS HEAT PIPE: El concepto heat‐pipe es una evolución del
tubo de flujo directo que trata de eliminar el problema del
sobrecalentamiento, presente en los climas más calurosos.
En este sistema, se utiliza un fluido que se evapora al
calentarse ascendiendo hasta un intercambiador ubicado en el
calentarse,
extremo superior del tubo. Una vez allí, se enfría y vuelve a
condensarse, transfiriendo el calor al fluido principal.
Este sistema presenta una ventaja en los veranos de los climas
cálidos, pues una vez evaporado todo el fluido del tubo, éste
absorbe mucho menos calor, por lo que es más difícil que los tubos
se deterioren o estallen.
estallen
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.8. RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE UN CAPTADOR
35
Colectores solares de tubo de vacio:
†
Tipos constructivos de tubos:
A)Tubo de vacío con absorbedor
plano
D) Tubo de cristal forrado
con reflector
fl t externo.
t
Se
S
evita el anillo de metal en el
cristal
B) Absorbedor doblado para
incrementar el
rendimiento en
radiaciones inclinadas
C) Media aleta con reflector
para reducir la pérdida
térmica del área
E) Reflector interno: se
iincrementa
t ell rendimiento
di i t y
se protege contra la
degradación
F) Tubo cristal con
revestimiento
ti i t de
d y fforma
optimizada de de la
cubierta del tubo
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.8. RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE UN CAPTADOR
36
Colectores solares de tubo de vacio:
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.9. INSTALACIÓN DE CAPTADORES. MONTAJE
37
Inclinación de captadores:
†
†
†
En fotovoltaica, la inclinación óptima son 30º
ya que es la que mayor captación solar
acumula a lo largo del año.
Sin embargo, en térmica no siempre interesa
obtener el máximo anual. Pensemos, por
ejemplo, en las necesidades de agua caliente
para usos domésticos.
domésticos El consumo de ACS no
difiere mucho del invierno al verano. Si
situamos los colectores a 30º obtendremos la
máxima cantidad anual de ACS pero repartida
de la siguiente forma: poca en invierno y
mucha en verano.
Dependiendo del objetivo a lograr
emplearemos una inclinación mayor o menor:
„
„
„
Captación lo más uniforme posible a lo largo del
año: 45 º.
Captación preferentemente en invierno: 55 º.
Captación preferentemente en verano: 5 º.
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3
2. EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 EL CAPTADOR SOLAR
2.1.9. INSTALACIÓN DE CAPTADORES. MONTAJE
38
Orientación de los colectores
Estructura soporte
Determinación de las sombras.
Distancia mínima entre captadores.
IDEM que lo explicado para la energía solar fotovoltaica.
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA I ‐ SESIÓN 3