Menu

Instal·lació d'energia solar tèrmica

Planta d'energia solar
termoelèctrica

Captadors solars tèrmics

Captadors solars tèrmics

Un col·lector solar tèrmic, també conegut com a captador solar tèrmic, és un component d'una instal·lació solar tèrmica. Un col·lector solar és un tipus de panell solar encarregat de capturar la radiació solar i transformar-la en energia tèrmica. Per aquest motiu, a aquesta font d'energia renovable se l'anomena energia solar tèrmica.

L'objectiu d'aquest tipus de panell solar és de realitzar una transformació energètica: la irradiació solar que experimenten els mòduls solars es transforma en energia tèrmica. En alguns tipus d' instal·lacions solars tèrmiques s'utilitza aquesta calor per generar vapor, i obtenir electricitat, però no és la funció de l'col·lector solar. D'altra banda, els panells fotovoltaics tenen la capacitat de generar electricitat directament en forma de corrent continu. Els panells fotovoltaics són un element indispensable de les instal·lacions d'energia solar fotovoltaica.

Des del punt de vista físic dels captadors solars tèrmics utilitzen la termodinàmica per realitzar les transformacions energètiques. Contràriament, els panells fotovoltaics no utilitzen les lleis de la termodinàmica per convertir l'energia solar, sinó que es tracta d'un procés elèctric.

Tipus de col·lectors solars tèrmics

De col·lectors solars hi ha molts tipus. El col·lector solar emprat dependrà de la utilització que se li va a donar. Per exemple, si volem escalfar una piscina fins a una temperatura de 25-28 graus Celsius, a la primavera, necessitem un captador solar simple, ja que fàcilment la temperatura ambient serà d'aquest ordre o fins i tot superior. D'altra banda, si volem escalfar un fluid fins a temperatures de 200 º C necessitarem col·lectors solars de concentració perquè concentrin la radiació solar i la transfereixin a un volum petit de fluid.

Actualment, al mercat de l'energia solar podem diferenciar els següents tipus de col·lectors solars tèrmics:

  • El col·lector solar tèrmic de placa plana o pla. Aquest tipus de panell solar capta la radiació solar rebuda en una superfície per escalfar un fluid. Sovint s'utilitza l'efecte hivernacle per capturar la calor.
  • El col·lector solar tèrmic de concentració de la radiació solar. Aquest tipus de col·lectors capten la radiació rebuda en una superfície relativament gran ia la concentren mitjançant miralls en una superfície més petita.
  • El col·lector solar tèrmic de tubs de buit. Aquest col·lector solar tèrmic consta d'un conjunt de tubs cilíndrics, formats per un absorbidor selectiu, situat sobre un assentament reflector i envoltat d'un cilindre de vidre transparent.

En les aplicacions solars a baixa temperatura s'utilitzen majoritàriament captadors solars tèrmics de placa plana. Es considera que una aplicació solar es realitza a baixa temperatura quan la temperatura de l'fluid de treball és inferior a 80ºC; com ara la climatització de piscines, la producció d'aigua calenta sanitària o, fins i tot, per a subministrar calefacció. Aquestes plaques planes utilitzades poden portar sense coberta vidrada o no depenent de l'aplicació.

Col · lectors solars de placa plana

col·lector solar de placa planaL'ànima d'un col·lector solar de placa plana és un reixat vertical de tubs metàl·lics, per simplificar, que condueixen l'aigua freda en paral·lel, connectats per baix per un tub horitzontal a la presa d'aigua freda i per dalt per un altre similar a la tornada.

La graella ve encaixada en una coberta, com la descrita més amunt, normalment amb doble vidre cap amunt i aïllant per darrere.

En alguns models de col·lectors solars de placa plana, els tubs verticals estan soldats a una placa metàl·lica per aprofitar la insolació entre tub i tub.

Col·lectors solars de tubs de buit "tot vidre"

En un col·lector solar de tubs de buit dels tubs metàl·lics de sistema precedent se substitueixen per tubs de vidre. Els tubs de vidre estan encapsulats, d'un amb un, en un altre tub de vidre entre els quals es fa el buit com aïllament.

Els grans avantatges que presenten els col·lectors solars de tubs de buit són el seu alt rendiment. D'altra banda, en el cas que un dels tubs es fes malbé, no cal canviar tot el panell per un de nou, sinó que només cal canviar el tub afectat. Per contra, com a inconvenient tenim que, en relació amb els col·lectors solars de placa plana, aquests resulten més cars.

Col·lectors solars de tubs de buit amb "tubs de calor" per canvi de fase

Els panells solars que utilitzen aquest sistema aprofiten el canvi de fase de vapor a líquid dins de cada tub, per lliurar energia a un segon circuit de líquid de transport.

Els elements són tubs tancats que contenen el líquid que, a l'escalfar-se pel sol, bull i es converteix en vapor. Aquests tubs generalment són de coure. El vapor generat puja a la part superior on hi ha un capçal més ample (zona de condensació). La part exterior de la zona de condensació està en contacte amb líquid transportador. A causa de que el líquid transformador està a una temperatura inferior a el vapor d'el tub capta la calor gràcies a un procés termodinàmic de convecció i provoca que el vapor es condensi. El líquid condensat cau de nou a la part baixa de l'tub per tornar a començar el cicle.

El líquid de el tub pot ser aigua que tindrà un punt d'ebullició baix per a treballar fins i tot amb la insolació dels raigs infrarojos en cas de núvol. El tub de calor es pot embolicar amb materials aïllants per minimitzar les pèrdues per irradiació.

Finalment, el tub de calor es tanca dins d'un altre tub de vidre entre els quals es fa el buit per aïllar. Se solen emprar tubs de vidre resistent, per reduir els danys en cas de petites pedregades.

Col · lectors solars de concentració

col·lectors solars de concentracióEn energia solar un col·lector solar de concentració és panell solar que utilitza una tècnica de concentració de la radiació solar per obtenir altes temperatures. Aquesta tècnica s'utilitza en les instal·lacions solars d'alta i molt alta temperatura.

Depenent de l'aplicació energètica que se li vol donar existeixen diferents tecnologies per aplicar aquesta tècnica d'obtenció d'energia renovable. D'aquesta manera, podem trobar, a tall d'exemple, col·lectors solars de cilindre parabòlic o forns solars de concentració per obtenir temperatures majors.

Components d'un col·lector solar

Els col·lectors solars estàndards es componen dels següents elements:

  • Coberta: L coberta d'un col·lector solar és transparent, pot estar present o no. Generalment és de vidre, encara que també s'utilitzen de plàstic, ja que és menys car i manejable, però ha de ser un plàstic especial. La seva funció és minimitzar les pèrdues per convecció i radiació i per això ha de tenir una transmitància solar el més alta possible. La presència de la coberta millora el rendiment termodinàmic de el panell solar.
  • Canal d'aire: És un espai (buit o no) que separa la coberta de la placa absorbent. El seu gruix es calcularà tenint en compte la finalitat d'equilibrar les pèrdues per convecció i les altes temperatures que es poden produir si és massa estret.
  • Placa absorbent: La placa absorbent és l'element que absorbeix l'energia solar i la transmet a el líquid que circula per les canonades. La principal característica de la placa és que ha de tenir una gran absorció solar i una emissió tèrmica reduïda. Com els materials comuns no compleixen amb aquest requisit, s'utilitzen materials combinats per obtenir la millor relació absorció / emissió.
  • Tubs o conductes: Els tubs estan tocant (de vegades soldades) la placa absorbent perquè l'intercanvi d'energia sigui el més gran possible. Per als tubs circula el líquid que s'escalfarà i anirà cap al tanc d'acumulació.
  • Capa aïllant: La finalitat de la capa aïllant és recobrir el sistema per evitar i minimitzar pèrdues. Per què l'aïllament sigui el millor possible, el material aïllant ha de tenir una baixa conductivitat tèrmica per reduir la transferència termodinàmica de calor a l'exterior.
  • Acumulador: l'acumulador és un element opcional, de vegades és una part integral de el panell solar i, en aquests casos, sovint és a la vista immediatament per sobre o als voltants. Molt sovint l'acumulador no és part de el panell solar sinó de sistema tèrmic.

Ús dels col·lectors solars

Els col·lectors solars s'utilitzen principalment per subministrar aigua calenta sanitària i calefacció o per generar electricitat.

En el cas dels col·lectors per a aigua calenta sanitària i calefacció, el tanc emmagatzema l'aigua domèstica que es posa en contacte amb el fluid per mitjà d'una bobina. La bobina permet que el fluid transfereixi l' energia calorífica emmagatzemada a l'aigua sense contaminar l'aigua. Aquesta aigua es pot utilitzar com a aigua calenta a les llars (integració de l'80%) o es pot utilitzar per complementar la calefacció de el pis de les habitacions (integració de l'10%). Els panells solars tèrmics són capaços de subministrar aigua calenta en bones quantitats, però no poden reemplaçar completament els mètodes habituals d'escalfament a causa de la inconstància de l'energia solar.

Els col·lectors solars destinats a la generació d'electricitat requereixen que l'intercanviador de calor es calenta fins que estigui bullint. Una vegada que el líquid ha completat el canvi de fase termodinàmica i ha passat a la fase gasosa, s'envia a una turbina termoelèctrica que convertirà el moviment de el vapor d'aigua en energia elèctrica. Aquest tipus de sistema es diu termodinàmica solar i requereix grans espais per a la instal·lació de panells solars i una presència constant de sol. S'han instal·lat exemples d'aquestes plantes en els deserts.

Connexió de col·lectors solars tèrmics

A l'hora de definir i muntar una instal·lació solar tèrmica, cal tenir en compte que s'ha de fer una distribució dels captadors solars en grups.

Aquestes agrupacions de col·lectors solars tèrmics haurien d'estar sempre formades per unitats de el mateix model i amb una distribució el més uniforme possible.

Hi ha dues opcions o tipologies bàsiques per agrupar dos o més col·lectors: de tipus sèrie o paral·lel. A més, es pot configurar un camp de captació combinant les dues agrupacions, que és el que anomenem agrupacions o circuits mixtos.

Connexió de col·lectors solars en sèrie

En la connexió en sèrie, la sortida del primer col·lector solar es connecta directament amb l'entrada de el següent, i així consecutivament. La temperatura de l'fluid d'entrada a cada col·lector és superior a la de l'col·lector precedent, de manera que a la sortida d'un grup de col·lectors podem obtenir temperatures més altes que si treballéssim amb el salt tèrmic d'un sol col·lector.

Aquest tipus de connexió té l'inconvenient que el rendiment dels captadors va disminuint proporcionalment amb l'augment de la temperatura de treball; per tant, aquesta tipologia de connexió, únicament s'utilitza en aplicacions molt particulars, i amb un màxim de 6 a 10 m2 de captadors solars tèrmics connectats en sèrie, segons la zona climàtica.

Pel que fa a el comportament hidràulic d'aquesta configuració, el cabal total de el grup de panells solars serà l'equivalent a el cabal d'un sol panell i, per contra, la pèrdua de càrrega provocada pel grup serà l'equivalent a la suma de la pèrdua de càrrega de tots els col·lectors solars.

Connexió de col·lectors solars en paral·lel

En la connexió de col·lectors solars en paral·lel, tant la sortida com l'entrada dels captadors estan connectades a punts d'entrada i sortida comuns a la resta de captadors.

Amb aquesta configuració, la temperatura de l'fluid d'entrada és la mateixa en tots els col·lectors i passa el mateix amb les temperatures de sortida, de manera que a la sortida de la bateria o el grup de captadors obtenim la temperatura com si treballéssim amb el salt tèrmic d'un sol col·lector.

Per tant, tots els captadors treballen en el mateix punt de la corba de rendiment. Aquesta connexió és la més habitual en les instal·lacions solars tèrmiques de baixa temperatura.

Hidràulicament, aquesta configuració ens presenta un cabal total de el grup, que equival a la suma dels cabals parcials de cada col·lector, mentre que la pèrdua de càrrega de el grup, serà l'equivalent a la d'un sol col·lector solar tèrmic.

Connexió mixta de col·lectors solars

En algunes ocasions, el volum dels col·lectors i / o la necessitat de temperatures més elevades dóna com a resultat instal·lacions que combinen la disposició en sèrie i en paral·lel. A aquesta tipologia de connexió dels panells solars en diem mixta.

Equilibrat del camp de captació

Bàsicament, hi ha dues metodologies per aconseguir equilibrar el cabal de fluid transportador de calor en un camp de captadors solars tèrmics:

  • Igualant la longitud dels circuits. Això s'aconsegueix amb el que s'anomena retorn invertit. És a dir, igualar la longitud de canonades de connexió de tots els captadors solars perquè el fluid tingui la mateixa pèrdua de càrrega.
  • Inserint pèrdues de càrrega mitjançant la disposició de vàlvules d'equilibrat a l'entrada de les bateries de col·lectors. Així, a menor longitud de circuit s'aplica més pèrdua de càrrega amb la vàlvula corresponent.
valoración: 3 - votos 6

Última revisió: 7 de novembre de 2019