Las tecnologías térmicas solares absorben el calor del sol y lo transfieren a aplicaciones útiles, como calentar edificios o agua.

Existen 3 tipos de calentadores solares: los planos, tubos al vacío y de concentración. En este artículo te describiré en qué consisten cada uno de ellos y su funcionamiento.

Calentador solar plano

La mayoría de los calentadores planos consisten en tubos de cobre y otros materiales que absorben el calor dentro de un marco o alojamiento aislado, cubierto con vidrio transparente (vidrio). Los materiales que absorben el calor pueden tener un recubrimiento especial que absorbe el calor de manera más efectiva que una superficie sin recubrimiento.

También pueden ser eficaces para la calefacción de espacios. Utilizando un sistema de intercambio de calor, pueden producir aire caliente de manera confiable para edificios grandes durante las horas del día.

Como funciona un calentador solar de agua

1. Luz solar: la luz solar viaja a través del vidrio y golpea el material oscuro dentro del colector, que se calienta.

2. Reflexión del calor: una cubierta de plástico o vidrio transparente atrapa el calor que de otro modo se irradiaría. Esto es similar a la forma en que un invernadero atrapa el calor en el interior.

3. Circulación: El agua fría u otro fluido circula a través del colector, absorbiendo el calor.

Calentador solar de tubos

Los calentadores solares de tubos evacuados presentan tubos delgados de cobre llenos de un fluido, como el agua, alojados dentro de tubos de plástico o vidrio transparente sellados al vacío más grandes.

Los tubos evacuados utilizan la energía del sol de manera más eficiente y pueden producir temperaturas más altas que los calentadores planos por varias razones. Primero, el diseño del tubo aumenta el área de superficie disponible para el sol, absorbiendo eficientemente la luz solar directa desde muchos ángulos diferentes. En segundo lugar, los tubos también tienen un vacío parcial dentro de la cubierta de vidrio transparente, lo que reduce significativamente la pérdida de calor al ambiente exterior.

Como funciona un calentados solar de tubos

1. Luz solar: la luz solar incide sobre un cilindro oscuro, calentándolo de manera eficiente desde cualquier ángulo.

2. Reflexión del calor: una cubierta de plástico o vidrio transparente atrapa el calor que de otro modo se irradiaría. Esto es similar a la forma en que un invernadero atrapa el calor en el interior.

3. Convección: un tubo de cobre que atraviesa cada cilindro absorbe el calor almacenado en el cilindro, lo que hace que el líquido del interior del tubo se caliente y suba hasta la parte superior del cilindro.

4. Circulación: el agua fría circula por la parte superior de los cilindros, absorbiendo el calor.

Los sistemas de tubos al vacío suelen ser más caros que los calentadores planos, pero son más eficientes y pueden producir temperaturas más altas. Los tubos al vacío pueden producir de manera confiable agua muy caliente para el calentamiento de agua por lotes o bajo demanda y para muchos procesos industriales, y pueden producir suficiente calor para manejar casi cualquier aplicación de calefacción o refrigeración de espacios.

Calentadores solares de concentración

La concentración de los sistemas solares funciona al reflejar y dirigir la energía solar desde un área grande a una pequeña. Las matrices más pequeñas y reflectantes en forma de tazón pueden producir agua a unos pocos cientos de grados para procesos industriales o agrícolas o para calentar grandes volúmenes de agua, como las piscinas de centros turísticos.

Algunos arreglos funcionan con canales parabólicos largos que concentran la luz solar en una tubería que corre a lo largo del canal, que transporta un fluido de transferencia de calor. Incluso los sistemas más grandes utilizan campos de espejos para reflejar la luz solar en una torre central.

Estos tipos de arreglos producen vapor a alta presión u otros fluidos sobrecalentados para una variedad de actividades, desde el procesamiento químico intensivo en calor hasta la generación de energía eléctrica.

Como funciona

1. Luz solar: la luz solar incide en un material reflectante (es decir, en una superficie espejada), generalmente en la forma de una cubeta (que se muestra aquí) o un plato.

2. Reflexión solar:el material reflectante redirige la luz solar hacia un solo punto (para un plato) o una tubería (para un canal).

3. Circulación: El agua fría o un fluido especial de transferencia de calor circula a través de la tubería, absorbiendo el calor.

Los sistemas de concentración son capaces de producir líquidos enormemente calientes para una variedad de procesos, y pueden producir una cantidad relativamente grande de energía por cada dólar invertido.

Sin embargo, estos sistemas tienden a ser mucho más grandes y complejos que los otros tipos de calentadores solares descritos anteriormente, con una etiqueta de precio total más alta. Por lo tanto, la tecnología de concentración solar tiende a ser más efectiva para usos a gran escala y altas temperaturas, aunque los usos a temperaturas más bajas aún pueden ser rentables en ciertas circunstancias.

Tipos de sistemas de calentadores solares

De acuerdo con su funcionamiento los calentadores solares se clasifican en:

Sistemas hidrónicos y sistemas de aire

Hay dos tipos básicos de sistemas de calefacción solar activos: aquellos que usan colectores hidrónicos y aquellos que usan colectores de aire. El colector es el dispositivo que está expuesto al sol y calienta el aire o un fluido para uso del sistema.

Sistemas hidrónicos:

Estos sistemas son una extensión de los sistemas de calentamiento solar de agua. Los colectores hidrónicos calientan agua o una solución anticongelante haciéndolos circular a través de un colector que está expuesto al sol.

Sistemas de aire:

Estos sistemas están diseñados para recolectar y transferir calor para calentar el aire que circula en el edificio. Como su nombre indica, los colectores de aire también pasan aire a través de un colector expuesto al sol, en lugar de un líquido.

Tanto los sistemas hidrónicos como los de aire recolectan y absorben la radiación solar al aire caliente o a un líquido, y luego usan el aire caliente o el líquido para transferir calor directamente a un espacio interior del edificio. Un sistema de almacenamiento desde el que se pueda distribuir el calor. Si el sistema no puede proporcionar calefacción de espacio adecuada, un sistema auxiliar o de respaldo hace la diferencia.

Los sistemas líquidos se usan más a menudo cuando se incluye el almacenamiento, y son adecuados para sistemas de calefacción radiante, calderas con radiadores de agua caliente e incluso bombas de calor de absorción y refrigeradores. Tanto los sistemas de aire como los líquidos pueden complementar los sistemas de aire forzado.

Sistemas activos y pasivos

Los sistemas activos de calentamiento solar de agua usan bombas para hacer circular el líquido calentado por los colectores. Los sistemas pasivos no usan bombas, sino que utilizan la gravedad y la presión del agua para hacer circular el líquido.

Los sistemas activos vienen en dos tipos:

Circulación directa (circuito abierto)

El agua circula directamente a través de los colectores solares. Este sistema no se puede utilizar en áreas donde las temperaturas caen por debajo de la congelación.

Circulación indirecta (circuito cerrado):

Un líquido no congelante circula a través de los colectores y calienta el agua en un tanque luego a través de un intercambiador de calor.

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