Instal·lació d'energia solar tèrmica

Planta d'energia solar
termoelèctrica

Captador solar pla

Captador solar pla

El col·lector solar de placa plana és un tipus de panell solar tèrmic amb l'objectiu de transformar la radiació solar en energia tèrmica. Aquest tipus de captador solar té una bona relació cost / efectivitat en climes moderats i s'adapta correctament a un gran nombre d'aplicacions d'energia solar tèrmica (l'escalfament d'aigua sanitària, la climatització de piscines, el suport a calefacció, el preescalfament fluids industrials , etc.).

Podem distingir dos tipus bàsics de col·lectors solars de placa plana, en funció de la configuració de l'absorbidor: el paral·lel de "tipus graella", en les versions vertical i horitzontal i la sèrie de "tipus serpentí". Bàsicament, la diferència que hi ha entre tots dos és:

  • La configuració en paral·lel afavoreix que es pugui estratificar la temperatura del col·lector solar amb més volum de circulació de l'aigua per les ramificacions de l'interior del captador i obtenir un salt termodinàmic d'aproximadament 10ºC amb un bon rendiment.
  • La configuració en sèrie està composta per un únic circuit continu amb poc volum d'aigua de circulació i un salt tèrmic superior, amb un bon rendiment.

Una altra forma de classificar els col·lectors solars plans és si són vidriats o no vidriats:

El col·lector solar pla vidrat s'usa generalment en sistemes de calefacció d'aigua domèstics o en instal·lacions. La temperatura de funcionament és generalment entre 30 ° C i 60 ° C. Consisteix en una caixa aïllada coberta per vidre. A l'interior, hi ha un absorbent en el qual circula el fluid de transferència de calor. El vidre bloqueja la radiació infraroja i aïlla l'espai d'aire per sobre del absorbent per mantenir la calor.

El col·lector solar pla no vidriat és molt més econòmic però menys estès. Depenent de la temperatura exterior, generalment s'usa en sistemes de calefacció de piscines, però de vegades es pot usar com a sistema de calefacció d'aigua calenta en països càlids. En zones temperades, la temperatura de funcionament és generalment inferior a 30 graus centígrads. Es compon únicament d'un absorbent en què circula el refrigerant.

Funcionament del col·lector solar pla 

El funcionament d'un col·lector solar tèrmic per a l'aprofitament de l'energia solar tèrmica és molt bàsic. De fet, qualsevol cos exposat a la radiació solar rep un flux energètic que ho escalfa i, per tant, fa que augmenti la temperatura. Aquest augment de la temperatura implica un augment de l'energia interna.

Un cos a una temperatura donada emet energia al seu voltant gràcies a les seves propietats termodinàmiques, en forma de radiació, i aquesta depèn directament de la diferència de temperatures entre la temperatura del cos i la temperatura ambient.

Si refrigerem el captador solar fent-li passar un fluid per l'interior, s'aprofita aquesta calor, de manera que s'aconsegueix que una part de l'energia captada es transmeti cap a aquest fluid com a energia útil. La resta d'energia es continua perdent en forma de radiació des del col·lector solar tèrmic cap a l'ambient exterior. En aquest cas, la temperatura de treball és sempre inferior a la d'equilibri.

Si volem obtenir un bon rendiment, cal treballar els captadors a la temperatura més baixa possible, sempre que sigui suficient per a l'ús que es vulgui donar.

L'energia renovable aprofitada es treu del col·lector solar mitjançant el fluid caloportador, generalment format per una barreja d'aigua amb anticongelant i inhibidors de la corrosió.

Principis físics del funcionament del col·lector solar pla 

El captador solar pla funciona a partir de l'aplicació dels principis físics següents:

El cos negre (l'absorbidor)

La radiació solar incident és parcialment absorbida pels cossos. La resta és reflectida o els travessa.

La relació entre aquests efectes depèn de:

  • La naturalesa del cos.
  • L'estat de la superfície.
  • El gruix del cos.
  • El tipus de radiació. La longitud d'ona.
  • L'angle d'incidència dels raigs solars.

Els cossos foscos i mats capten millor la radiació solar que qualsevol altre color; per això l'absorbidor del captador solar sol ser de colors foscos, per aprofitar al màxim la radiació solar.

L'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. Atès 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 per a les que el vidre és opac.

Aquesta radiació solar que no pot sortir és reflectida cap a l'interior de nou. Una part d'aquesta energia escalfa el vidre i el vidre la remet cap a dins i cap a fora.

Alguns plàstics (com el policarbonat) tenen un comportament similar al vidre (deixen passar les radiacions d'ona curta procedent del Sol i detenen les emissions d'ona llarga que procedeixen de la placa absorbidora).

Aïllament

El tercer dels principis físics que intervenen en el funcionament dels col·lectors solars és l'aïllament del conjunt respecte de l'exterior, format normalment per un revestiment intern de la caixa contenidor. Un bon aïllament millora l'aprofitament de l'energia solar tèrmica.

Components d'un col·lector solar plànol

El col·lector solar pla pot ser amb coberta vidrada o no vidriada. El col·lector amb coberta vidrada és el més emprat per a instal·lacions de producció d'aigua calenta sanitària. Aquest equip està format pels següents elements:

L'absorbidor

L'absorbidor és l'element que intercepta la radiació solar a l'interior del captador i és l'encarregat de transformar l'energia solar en energia tèrmica.

El absorbidor està format, habitualment, per una làmina metàl·lica, normalment de coure (bon conductor tèrmic) que s'enfosqueix bàsicament amb:

1. Una fina pel·lícula de pintura negra calòrica, que resisteix temperatures de treball superiors als 100 graus Celsius.

2. Un tractament selectiu, basat en deposicions electroquímiques o pintures amb òxids metàl·lics que tenen una alta absorció de la radiació solar (ona curta) i una baixa emissivitat de la calor (ona llarga).

L'absorbidor incorpora una graella de conduccions per on circularà el fluid caloportador.

Coberta transparent

La coberta transparent té la funció d'aïllar el col·lector solar de les condicions ambientals exteriors -encara que deixa passar la radiació solar - que provoquen l'efecte hivernacle. Normalment està formada per una sola làmina de vidre temperat (resistent) amb baix contingut en ferro (molt transparent) de 4 mm de gruix aproximadament.

L'aïllament

L'aïllament és l'element, tal com passa a la resta d'aplicacions, compleix la funció d'evitar les pèrdues de calor de l'interior del captador -concretament del absorbedor- cap a l'exterior i està format normalment per planxes d'escumes sintètiques (poliuretà, cianurats, fibra de vidre, etc.) situades als costats ia la part posterior del panell solar.

La carcassa

La carcassa del col·lector solar pla té la funció d'allotjar la resta de components. Aquest tancament normalment està format per un perfilat d'alumini anoditzat que garantirà una resistència del conjunt, fins i tot, en les condicions extremes de treball. Així mateix, la carcassa, disposarà d'unes perforacions de desguàs de condensats, a la part inferior.

Col·lectors solars plans sense coberta

Tal com el seu nom indica, els col·lectors solars sense coberta consten bàsicament de l'element absorbidor, format generalment per un conjunt de tubs de material plàstic, EPDM, cautxú o polipropilè.

Aquest tipus de col·lectors solars són molt econòmics i fàcils d'instal·lar ja que habitualment presenten configuracions flexibles que permeten col·locar-los sobre qualsevol superficie.Además, són resistents a la corrosió i permeten configuracions d'escalfament directe com en el cas de l'escalfament de piscines.

En contrapartida, els captadors sense coberta amb absorbidor sintètic solen tenir corbes de rendiment molt inclinades ja que, en no tenir vidre tenen molt bon comportament òptic però, en canvi, perden ràpidament el seu rendiment quan la temperatura ambient està per sota de la temperatura de treball o amb una velocitat de vent elevada.

Per això, els col·lectors plans sense coberta només són aconsellables en aplicacions a baixa temperatura en què la temperatura de treball estigui pròxima a la temperatura ambient com, per exemple, per allargar la temporada de bany en piscines descobertes. Una variable d'aquest tipus de captadors sense coberta són els captadors de planxa metàl·lica embotida i decalada, dissenyats específicament per a aplicacions en circuit tancat.

Aquesta variant presenta un millor rendiment tèrmic del col·lector solar i permet utilitzar-lo per produir aigua calenta sanitària o altres aplicacions de baixa temperatura. Un altre exemple d'aquest tipus de captador disponible al nostre mercat, consisteix en una coberta multifuncional que combina les qualitats d'una coberta metàl·lica d'acer inoxidable sense manteniment amb l'eficiència d'un captador solar de superfície selectiva.

valoración: 3 - votos 1

Última revisió: 14 de juny de 2019