El col·lector solar de placa plana és un tipus de panell solar tèrmic que té com a objectiu transformar la radiació solar en energia tèrmica.
Aquest tipus de panells solars tèrmics tenen una bona relació cost/efectivitat en climes moderats i s'adapta correctament a un gran nombre d'aplicacions tèrmiques, com ara:
- Producció daigua calenta sanitària (ACS).
- Climatització de piscines.
- Suport a la calefacció mitjançant energia solar tèrmica.
- Preescalfament de fluids industrials.
Parts d'un col·lector solar pla
El col·lector solar pla està format pels següents elements:
1. Absorbedor
L´absorbidor és l´element que intercepta la radiació solar al´interior del captador i és l´encarregat de transformar l´energia solar en energia tèrmica.
L'absorbidor està format, habitualment, per una làmina metàl·lica, normalment de coure (bon conductor tèrmic) que s'enfosqueix. Els cossos foscos i esmaixades capten millor la radiació solar que qualsevol altre color.
Hi ha dues maneres d'enfosquir l'absorbidor:
-
Una fina pel·lícula de pintura negra calòrica resisteix a altes temperatures.
-
Un tractament selectiu, basat en deposicions electroquímiques o pintures amb òxids metàl·lics que tenen una alta absorció de la radiació solar i una baixa emissivitat de la calor.
L'absorbidor incorpora una graella de conduccions per on circularà el fluid caloportador.
2. Coberta transparent
La coberta transparent té la funció d'aïllar el col·lector solar de les condicions ambientals exteriors i deixar passar la radiació solar. Aquesta coberta és la que provoca lefecte hivernacle.
Normalment està formada per una sola làmina de vidre resistent de 4 mm de gruix aproximadament.
Aquesta part només és present als col·lectors solars plans vidrats.
3. Aïllament
L'aïllament té la funció d'evitar les pèrdues de calor de l'interior del captador –concretament de l'absorbidor– cap a l'exterior. Normalment està format per planxes d'escumes sintètiques (poliuretà, cianurats, fibra de vidre, etc.) ubicades als costats ia la part posterior del panell solar.
4. Carcassa
La carcassa serveix per allotjar la resta de components del col·lector solar.
Aquest tancament està format normalment per un perfilat d'alumini que garanteix una resistència del conjunt, fins i tot, en les condicions extremes de treball. A més, la carcassa disposa d'unes perforacions de desguàs de condensats a la part inferior.
Com funciona un col·lector solar pla?
El funcionament dun col·lector solar pla es basa en la transferència de calor.
La radiació solar incideix sobre l'absorbidor de calor del col·lector. Quan la radiació impacta contra la superfície de l'absorbidor, part de la seva energia es converteix en calor. Conseqüentment, augmenta la temperatura del captador solar.
Si fem passar un fluid per lʻinterior del col·lector, part dʻaquesta calor es transfereix al líquid dʻacord amb les primera i segona llei de la termodinàmica. La resta denergia es continua perdent en forma de radiació des del col·lector solar tèrmic cap a lambient exterior.
Si volem obtenir un bon rendiment i reduir el consum energètic, cal treballar els captadors a la temperatura més baixa possible.
Tipus de col·lectors solars plans
Podem classificar els col·lectors solars de placa plana de dues maneres diferents.
D'una banda, si els classifiquem en funció de la configuració de l'absorbidor tenim:
-
Configuració de l'absorbidor en paral·lel : aquest tipus de col·lector es pot utilitzar en posició horitzontal i vertical. La configuració en paral·lel permet l'estratificació de la temperatura al col·lector, ja que el volum més gran d'aigua circula per les ramificacions internes del captador.
-
Configuració de l'absorbidor en sèrie : està composta per un únic circuit continu, amb un menor volum d'aigua circulant i un salt tèrmic més gran, la qual cosa li atorga un bon rendiment.
D'altra banda, també podem distingir els captadors solars segons si estan vidrats o no:
- Vidriat : s'utilitza principalment en sistemes de calefacció d'aigua domèstica o en altres instal·lacions de calefacció. La seva temperatura de funcionament oscil·la entre 30 °C i 60 °C. Aquest col·lector consisteix en una caixa aïllada coberta per vidre. Dins d'aquesta caixa, un absorbent transmet calor al fluid que hi circula. El vidre bloqueja la radiació infraroja i aïlla l'espai d'aire sobre l'absorbent, retenint així la calor.
- No vidriat : aquest tipus de col·lector és més econòmic, encara que menys comú. Depenent de la temperatura exterior, generalment s'usa en sistemes de calefacció de piscines o, de vegades, com a sistema de calefacció d'aigua calenta a regions càlides. En zones temperades, la temperatura de funcionament és generalment inferior a 30 °C.
Avantatges dels captadors solars vidrats
Aquest tipus de col·lectors tenen una coberta transparent que atrapa la radiació que rebota de l'absorbidor i augmenta l'eficiència global. Per aconseguir-ho la coberta transparent del col·lector genera un efecte hivernacle.
L'efecte hivernacle es genera en alguns cossos transparents, que normalment només són travessats per radiacions amb longitud d'ona entre 0,3 i 3 micres. Com que la major part de la radiació solar està compresa entre 0,3 i 2,4 micres, la llum solar pot travessar un vidre.
Un cop travessat, la radiació troba l'absorbidor, que s'escalfa per la radiació solar i emet radiacions compreses entre els 4,5 i 7,2 micres que no poden tornar a travessar el vidre.
Aquesta radiació solar que no pot sortir és reflectida cap a linterior de nou. Una part daquesta energia escalfa el vidre i el vidre la remet cap a dins i cap a fora.