En este artículo abordaremos las tecnologías existentes en el campo de la energía solar térmica. Considerando la importancia de aportar un correcto descriptivo, vemos necesario abordarlo en dos artículos bien diferenciados. En el presente artículo, se reflejará una descripción de las tecnologías de los captadores solares térmicos, rendimiento y montajes de estos.

1Introducción

Una instalación solar térmica tradicionalmente es dimensionada para dar respuesta a unas necesidades de calefacción, agua caliente sanitaria y/o calentamiento del agua de una alberca. La energía solar producida se sustituye por lo tanto a energías de tipo fósiles, lo que implica la reducción de las emisiones de CO2 al medio ambiente.

La producción de calor a través de captadores solares ofrece una serie de ventajas tal y como se pueden enumerar a continuación.

• Es una fuente de energía utilizada de origen renovable y gratuita, sin variaciones de costos.
• El proceso de calentamiento no tiene impacto ambiental (no existen emisiones de gases a efecto invernadero).
• Tecnologías muy implantadas y probadas permitiendo disponer de una seguridad en el funcionamiento y ahorros previstos.

2Tipos de captadores

Existen básicamente dos familias de captadores:

• Captadores planos.
• Captadores de tubos de vacío.

Captadores planos

Dentro de la familia de los captadores planos se distinguen dos tipologías bien diferenciadas y que a continuación se detallan:

Captadores planos tipo moqueta (Amorfo)

Este tipo de captador es uno de los más simples del mercado, ya que se componen de un conjunto de tubos opacos de color oscuro que caliente el fluido que los atraviesa.

1. Placa absorbente que capta la energía calorífica de la radiación solar.
2. Tubería en el que circula el fluido caloportador.

Este tipo de tecnología no dispone de aislamiento térmico ni de cobertura acristalada, lo que evidentemente reduce el rendimiento global de producción.

Captadores planos con cristal

Son los páneles más comunes en el mercado de hoy en día, ya que su implantación se ajusta a la mayoría de las necesidades. (Agua caliente sanitaria, calefacción, albercas…)

Un captador solar plano con caja acristalada se compone de los siguientes elementos:

1. Caja de aluminio que concentra el conjunto de los elementos del panel.
2. Junta de estanqueidad para impedir que el agua de lluvia penetre al interior de la caja.
3. Cristal que aporta el efecto invernadero encima de placa absorbente.
4. Aislamiento térmico que limita las pérdidas de calor por la estructura de la caja.
5. Placa absorbente que transforma la energía solar en energía térmica transmitida al fluido calo-portador.
6. Tubos donde circula el fluido calo portador que extrae el calor hasta fuera del captador.

Existen tres tipologías de circulación del agua en los páneles solares con cobertura acristalada:

Captador de tubo de vacío

Los captadores solares de tubo de vacío se caracterizan por recuperar calor a altas temperaturas en vista de su concepción cilíndrica donde el aislamiento es el vacío.
Este tipo de tecnología se utiliza para aplicaciones de calefacción donde se requiere de una temperatura elevada del fluido calo-portador.

Se distinguen dos tipologías de captadores solares de tubo de vacío:

1. Tubos de vacío con absorbedor sobre aletas de cobre.
2. Tubos de vacío con absorbedor sobre soporte de cristal (tubo Sydney).

Tubos de vacío con absorbedor sobre aletas de cobre

En este tipo de captador, el absorbedor se sitúa sobre una estructura de cobre ubicada en el interior del tubo. Este tipo de absorbedor sobre cobre dispone de un rendimiento óptico más elevado y puede ser orientado indistintamente de la orientación del soporte, lo cual aporta ventajas para instalaciones en fachadas verticales.

Tubos de vacío “Heat Pipe”

Tubos de vacío con circulación directa

A continuación, se reflejan las características constructivas de los captadores de tubo de vacío existentes sobre cama de cobre.

Tubos de vacío con absorbedor sobre soporte de cristal (tubo Sydney)

En este tipo de tubo, el vacío se encuentra entre dos capas de cristal que componen el cilindro. En la parte interna, la presión reinante es la presión atmosférica, y el absorbedor y tuberías evacuan el calor del hueco interior.

Tubo de vacío tipo Sydney

3Rendimiento según uso de los captadores

Los paneles solares se diferencian entre ellos por sus características técnicas y en particular por la calidad del absorbedor, del tipo de cristal (rendimiento óptico) y del aislamiento térmico del conjunto. Estas tres características permiten abarcar según las necesidades todo un rango de temperaturas.

Tal y como se puede observar en la gráfica adjunta según el rango de temperatura se deberá seleccionar el panel más adaptado y que ofrezca el mayor rendimiento.

Orientación de los captadores solares

La orientación de los captadores solares debe ser hacia al sur ya que se trata de la mayor radiación disponible durante el día. Sin embargo, se deben considerar dos aspectos fundamentales para la elección más idónea de la orientación:

• Los obstáculos existentes: Si hay presencia de obstáculos entre los paneles y la radiación solar, se debe considerar cambiar la orientación con el fin de aprovechar al máximo la energía disponible.
• La orientación del recinto: Los paneles solares suelen ser dispuestos en las fachadas o cubiertas de los recintos, lo cual implica ajustar la orientación de los paneles para disponer de una plena integración del sistema con el aspecto arquitectónico del edificio.

La inclinación de los captadores

Los captadores solares entregarán la máxima energía en el caso que la radiación solar logre situarse a 90º del plano del campo solar. Por lo tanto, la inclinación de los captadores será elegida para maximizar el periodo en el que se obtenga la mayor producción.

La integración del captador solar

La integración de los captadores solares en el edificio o recinto debe ser estudiado con precisión de tal forma que se asegure un rendimiento de producción elevado manteniendo una estética arquitectónica y urbanística adecuada.

La instalación de los captadores solares térmicos puede realizarse en:

• Cubierta horizontal.
• Cubierta inclinada.
• Fachada.
• En el suelo.
• Etc…

4Impacto medioambiental

Las instalaciones solares térmicas permiten la sustitución de las enérgicas convencionales de origen fósil o nuclear que además de representar una fuerte fuente contaminante, están limitadas en el tiempo.

A continuación, se reflejan las emisiones de CO2 de las diversas energías fósiles comúnmente utilizadas:

Energía	g de CO2 emitido/kWh térmico
Gas Natural	204
Electricidad	180
Diésel	271
Gas propano	231

Por lo tanto, cada kwh entregado por una instalación solar implicará una reducción de las emisiones de gases a la atmósfera con base en los ratios anteriormente mencionados.

5Montaje de los paneles

En la mayor parte de los casos, se requiere más de un captador solar para cubrir las necesidades térmicas. Por ello, se deben respetar una serie de pautas para evitar posibles problemas de funcionamiento y deterioro prematuro de la instalación.

1. Los paneles en una instalación deben disponer de características constructivas similares. No se recomienda el uso de paneles con metales diferentes, ya que genera un deterioro importante de la instalación.
2. Se debe equilibrar los circuitos y cada panel debe disponer de pérdidas de carga similares para facilitar ese equilibrado.
3. La ubicación de los paneles debe ser cuidadosa. Todos los paneles deben situarse al mismo nivel, asegurándose que los drenajes de los equipos estén en la parte inferior y protegiéndolos de las adversidades climatológicas tales como vientos.

Existen diversas formas de conectar los paneles entre sí, tal y como se reflejan a continuación:

El montaje en serie ofrece la posibilidad de disponer de una elevación de temperatura importante lo que implica mayores pérdidas energéticas. El agua que atraviesa los paneles va incrementando su temperatura según los recorres, implicando un aumento de las pérdidas cuantos más elementos se encuentran conectados. Es recomendable no superar los 6 paneles de 2m² por conexión en serie.

El montaje en paralelo limita esas pérdidas, pero en muchos casos no puede llevarse a cabo por las distancias entre elementos.

Uno de los elementos para tener en cuenta cuando se asocian diversos paneles es el equilibrado hidráulico, que normalmente es asegurado por válvulas de regulación. Sin embargo, posibles errores de concepción agravan ese desequilibrado hidráulico que no puede ser ajustado por simples válvulas. Por ello, se recomienda la conexión a través del bucle de tichelmann que ajusta las distancias de tubería entre batería de paneles en conexiones paralelas.