Un colector solar térmico recolecta calor al absorber la luz solar. El término «colector solar» comúnmente se refiere a paneles solares de agua caliente, pero puede referirse a instalaciones tales como canales parabólicos solares y torres solares; o instalaciones básicas como calentadores de aire solar. Las plantas de energía solar concentradas usualmente usan colectores más complejos para generar electricidad calentando un fluido para conducir una turbina conectada a un generador eléctrico. Los colectores simples se utilizan generalmente en edificios residenciales y comerciales para la calefacción de espacios. El primer colector solar térmico diseñado para la construcción de techos fue patentado por William H. Goettl y denominado «colector de calor solar y radiador para la construcción de techos».
Colectores termo-térmicos de calentamiento de líquidos.
Los colectores solares no concentran o concentran. En el tipo de no concentración, el área del colector (es decir, el área que intercepta la radiación solar) es la misma que el área absorbente (es decir, el área que absorbe la radiación). En estos tipos todo el panel solar absorbe la luz. Los colectores concentradores tienen un interceptor más grande que el absorbente.
Los colectores solares de placa plana y de tubo de evacuación se utilizan para recolectar calor para la calefacción de espacios, el agua caliente doméstica o el enfriamiento con un enfriador de absorción.
Colectores planos
Los colectores de placa plana son la tecnología solar térmica más común. Consisten en un (1) envolvente que contiene (2) una placa absorbedora de color oscuro con conductos de circulación de fluidos, y (3) una cubierta transparente para permitir la transmisión de energía solar al compartimiento. Los lados y la parte posterior del gabinete están típicamente aislados para reducir la pérdida de calor en el aire exterior. Se hace circular un fluido a través de los conductos de fluido del absorbedor para eliminar el calor del colector solar. El fluido de circulación en climas tropicales y subtropicales es típicamente agua. En climas donde es probable la congelación, se puede usar un fluido de transferencia de calor similar a una solución anticongelante para automóviles en lugar de agua, o en una mezcla con agua. Si se usa un fluido de transferencia de calor, típicamente se emplea un intercambiador de calor para transferir calor desde el fluido del colector solar a un tanque de almacenamiento de agua caliente. El diseño de absorbedor más común consiste en tubos de cobre unidos a aletas térmicamente conductoras de cobre o aluminio. Se aplica una capa oscura al lado que mira hacia el sol del conjunto absorbedor para aumentar su absorción de energía solar. Un revestimiento absorbente común es la pintura de esmalte negro plano.
En los diseños de colectores solares de mayor rendimiento, la cubierta transparente es de vidrio templado con contenido reducido de óxido de hierro (el color verde es visible cuando se ve un panel de cristal de la ventana desde el lateral). El vidrio también puede tener un patrón punteado, un recubrimiento antirreflectante para atrapar más energía solar al reducir la reflexión. El recubrimiento absorbente es típicamente un revestimiento selectivo. Los recubrimientos selectivos tienen propiedades ópticas especiales para mejorar la eficiencia al reducir la emisión de energía infrarroja del absorbente.
Algunos fabricantes han introducido colectores solares de placa plana de bajo costo que emplean cubiertas transparentes de policarbonato y conjuntos absorbedores de polipropileno.
La mayoría de los fabricantes de calor de aire y algunos fabricantes de calor de agua tienen un absorbente completamente inundado que consiste en dos hojas de metal que el fluido pasa entre ellas. Debido a que el área de intercambio de calor es mayor, pueden ser marginalmente más eficientes que los absorbentes tradicionales.
En los lugares con energía solar promedio disponible, los colectores de placas planas tienen un tamaño de aproximadamente medio a un pie cuadrado por galón de agua caliente de un día. Las configuraciones de las tuberías de absorción incluyen:
arpa: diseño tradicional con tubos verticales inferiores y tubería de recolección superior, que se utiliza en sistemas termosifón y de bombeo a baja presión;
serpentina – una S continua que maximiza la temperatura pero no el rendimiento total de energía en sistemas de flujo variable, que se utiliza en sistemas solares compactos de agua caliente solo (sin función de calefacción en el espacio);
absorbente inundado que consta de dos láminas de metal estampadas para producir una zona de circulación;
colectores absorbentes de capa límite que consisten en varias capas de láminas transparentes y opacas que permiten la absorción en una capa límite. Debido a que la energía se absorbe en la capa límite, la conversión de calor puede ser más eficiente que para los colectores donde el calor absorbido se conduce a través de un material antes de que el calor se acumule en un líquido circulante.
Los colectores de placa plana de polímero son una alternativa a los colectores de metal y ahora se producen en Europa. Estos pueden ser completamente polímeros, o pueden incluir placas de metal delante de canales de agua tolerantes a la congelación hechos de caucho de silicona. Los polímeros son flexibles y, por lo tanto, tolerantes a la congelación y pueden emplear agua corriente en lugar de anticongelante, de modo que se pueden colocar directamente en los tanques de agua existentes en lugar de necesitar intercambiadores de calor que reduzcan la eficiencia. Al prescindir de un intercambiador de calor, las temperaturas no necesitan ser tan altas para que el sistema de circulación se encienda, por lo que dichos paneles de circulación directa, ya sean de polímero o de otro tipo, pueden ser más eficientes, particularmente a niveles de luz bajos. Algunos de los primeros colectores de polímero revestidos selectivamente sufrieron de sobrecalentamiento cuando se aislaron, ya que las temperaturas de estancamiento pueden exceder el punto de fusión del polímero. Por ejemplo, el punto de fusión del polipropileno es 160 ° C (320 ° F), mientras que la temperatura de estancamiento de los colectores térmicos aislados puede exceder los 180 ° C (356 ° F) si no se utilizan estrategias de control. Por esta razón, el polipropileno no se usa a menudo en colectores solares vidriados con recubrimiento selectivo. Cada vez se utilizan más polímeros, como las siliconas de alta temperatura (que se funden a más de 250 ° C (482 ° F)). Algunos colectores solares acristalados que no son de polipropileno están revestidos de negro mate en lugar de revestidos selectivamente para reducir la temperatura de estancamiento a 150 ° C (302 ° F) o menos.
Colectores de tubos de vacío
La mayoría de los colectores de tubos de vacío que se utilizan en Europa central usan tubos de calor para su núcleo en lugar de pasar líquido directamente a través de ellos. El flujo directo es más popular en China. Los tubos de tubos de calor evacuados (EHPT) están compuestos de múltiples tubos de vidrio evacuados, cada uno de los cuales contiene una placa de absorción fusionada a un tubo de calor. El calor se transfiere al fluido de transferencia (agua o una mezcla anticongelante, típicamente propilenglicol) de un sistema de calefacción de agua caliente doméstica o de un espacio hidrónico en un intercambiador de calor llamado «colector». El colector está envuelto en un aislante y cubierto por una lámina protectora de metal o plástico. Se ha comprobado que el vacío en el interior de los colectores de tubos evacuados dura más de 25 años, el recubrimiento reflectante para el diseño se encapsula en el vacío en el interior del tubo, que no se degradará hasta que se pierda el vacío. El vacío que rodea la parte exterior del tubo reduce en gran medida la pérdida de calor de convección y conducción, por lo tanto, logra una mayor eficiencia que los colectores de placa plana, especialmente en condiciones más frías. Esta ventaja se pierde en gran medida en climas más cálidos, excepto en los casos en que se desea agua muy caliente, por ejemplo, para procesos comerciales. Las altas temperaturas que pueden ocurrir pueden requerir un diseño especial para evitar el sobrecalentamiento.
Algunos tubos evacuados (vidrio-metal) están hechos con una capa de vidrio que se fusiona con el tubo de calor en el extremo superior y encierra el tubo de calor y el absorbente en el vacío. Otros (vidrio-vidrio) están hechos con una doble capa de vidrio fusionado en uno o ambos extremos con un vacío entre las capas (como una botella de vacío o un matraz), con el absorbente y el tubo de calor contenidos a la presión atmosférica normal. Los tubos de vidrio tienen un sello de vacío altamente confiable, pero las dos capas de vidrio reducen la luz que llega al absorbedor. La humedad puede entrar en el área no evacuada del tubo y causar la corrosión del absorbente. Los tubos de vidrio y metal permiten que llegue más luz al absorbedor y protegen el absorbente y el tubo de calor contra la corrosión, incluso si están hechos de materiales diferentes (consulte la corrosión galvánica).
Los huecos entre los tubos pueden permitir que la nieve caiga a través del colector, minimizando la pérdida de producción en algunas condiciones de nieve, aunque la falta de calor irradiado de los tubos también puede evitar el desprendimiento efectivo de la nieve acumulada.
Comparaciones de colectores de placa plana y evacuados.
Existe un argumento de larga data entre los defensores de estas dos tecnologías. Parte de esto puede estar relacionado con la estructura física de los colectores de tubos evacuados que tienen un área de absorbancia discontinua. Un conjunto de tubos evacuados en un techo tiene espacio abierto entre los tubos colectores, y vacío entre los dos tubos de vidrio concéntricos de cada colector. Los tubos colectores cubren solo una fracción de una unidad de área en un techo. Si se comparan los tubos de vacío con los colectores de placa plana en función del área de techo ocupada, se puede llegar a una conclusión diferente que si se compararan las áreas de absorción. Además, la norma ISO 9806 es ambigua al describir la forma en que debe medirse la eficiencia de los colectores solares térmicos, ya que estos pueden medirse en términos de área bruta o en términos de área absorbente. Desafortunadamente, la salida de potencia no se da para los colectores térmicos como para los paneles fotovoltaicos. Esto dificulta que los compradores e ingenieros tomen decisiones informadas.
Los colectores de placa plana generalmente pierden más calor al medio ambiente que los tubos de vacío, como una función creciente de la temperatura. Son inapropiados para aplicaciones de alta temperatura, como la producción de vapor de proceso. Los colectores de tubo de vacío tienen un área de placa de absorción menor a la relación de área bruta (generalmente 60-80% del área bruta) en comparación con las placas planas. Con base en el área de la placa de absorción, la mayoría de los sistemas de tubos de vacío son más eficientes por metro cuadrado que los sistemas equivalentes de placa plana. Esto los hace adecuados cuando el espacio del techo es limitado, por ejemplo, donde el número de ocupantes de un edificio es mayor que el número de metros cuadrados de espacio de techo adecuado y disponible. En general, por metro cuadrado instalado, los tubos evacuados suministran marginalmente más energía cuando la temperatura ambiente es baja (por ejemplo, durante el invierno) o cuando el cielo está nublado. Sin embargo, incluso en áreas sin mucho sol y calor solar, algunos colectores de placa plana de bajo costo pueden ser más económicos que los colectores de tubos evacuados. Aunque varias compañías europeas fabrican colectores de tubos evacuados, el mercado de tubos de vacío está dominado por fabricantes en el este. Varias compañías chinas tienen un historial de 15-30 años. No hay evidencia inequívoca de que los dos diseños difieran en la confiabilidad a largo plazo. Sin embargo, la tecnología de tubos de vacío es más joven y (especialmente para las variantes más nuevas con tubos de calor sellados) todavía necesita demostrar tiempos de vida competitivos. La modularidad de los tubos de vacío puede ser ventajosa en términos de extensibilidad y mantenimiento, por ejemplo, si el vacío en un tubo disminuye.
Aplicaciones
El uso principal de esta tecnología es en edificios residenciales donde la demanda de agua caliente tiene un gran impacto en las facturas de energía. Esto generalmente significa una situación con una familia numerosa, o una situación en la que la demanda de agua caliente es excesiva debido al lavado frecuente de la ropa. Las aplicaciones comerciales incluyen lavanderías, lavaderos de automóviles, instalaciones militares de lavandería y establecimientos de comidas. La tecnología también se puede usar para calefacción de espacios si el edificio está ubicado fuera de la red o si la energía de la red pública está sujeta a interrupciones frecuentes. Es muy probable que los sistemas solares de calentamiento de agua sean rentables para instalaciones con sistemas de calentamiento de agua que son caros de operar, o con operaciones tales como lavanderías o cocinas que requieren grandes cantidades de agua caliente. Los colectores de líquidos no vidriados se usan comúnmente para calentar el agua de las piscinas, pero también se pueden aplicar al precalentamiento de agua a gran escala. Cuando las cargas son grandes en relación con el área del colector disponible, la mayor parte del calentamiento del agua puede realizarse a baja temperatura, más baja que la temperatura de la piscina, donde los colectores sin esmaltar están bien establecidos en el mercado como la opción correcta. Debido a que estos colectores no necesitan soportar altas temperaturas, pueden usar materiales menos costosos como plástico o caucho. Muchos colectores no esmaltados están hechos de polipropileno y deben drenarse por completo para evitar daños por congelación cuando la temperatura del aire desciende por debajo de los 44 ° C en noches claras.
cuenco
Un tazón solar es un tipo de colector solar térmico que funciona de forma similar a un plato parabólico, pero en lugar de utilizar un espejo parabólico de seguimiento con un receptor fijo, tiene un espejo esférico fijo con un receptor de seguimiento. Esto reduce la eficiencia, pero hace que sea más barato construir y operar. Los diseñadores lo llaman un sistema de energía solar de foco distribuido de espejo fijo. La razón principal de su desarrollo fue eliminar el costo de mover un gran espejo para rastrear el sol como con los sistemas de parabólicas.
Un espejo parabólico fijo crea una imagen de forma diversa del sol a medida que se mueve por el cielo. Solo cuando el espejo apunta directamente al sol la luz se enfoca en un punto. Es por eso que los sistemas de platos parabólicos rastrean el sol. Un espejo esférico fijo enfoca la luz en el mismo lugar independientemente de la posición del sol. La luz, sin embargo, no está dirigida a un punto sino que se distribuye en una línea desde la superficie del espejo hasta un medio radio (a lo largo de una línea que atraviesa el centro de la esfera y el sol).
A medida que el sol se desplaza por el cielo, la apertura de cualquier colector fijo cambia. Esto causa cambios en la cantidad de luz solar capturada, produciendo lo que se llama el efecto sinusal de la producción de potencia. Los defensores del diseño de la taza solar afirman que la reducción de la producción total de potencia en comparación con el seguimiento de los espejos parabólicos se compensa con los menores costos del sistema.
La luz solar concentrada en la línea focal de un reflector esférico se recoge usando un receptor de seguimiento. Este receptor se pivota alrededor de la línea focal y generalmente se balancea. El receptor puede consistir en tuberías que transportan fluido para transferencia térmica o células fotovoltaicas para la conversión directa de luz en electricidad.
El diseño del tazón solar resultó de un proyecto del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Técnica de Texas, encabezado por Edwin O’Hair, para desarrollar una planta de energía de 5 MWe. Se construyó un recipiente solar para la ciudad de Crosbyton, Texas, como instalación piloto. El tazón tenía un diámetro de 65 pies (20 m), inclinado en un ángulo de 15 ° para optimizar la relación costo / rendimiento (33 ° habría maximizado el rendimiento). El borde del hemisferio se «recortó» a 60 °, creando una apertura máxima de 3,318 pies cuadrados (308,3 m2). Este recipiente piloto producía electricidad a una tasa de 10 kW pico.
Un tazón solar Auroville de 15 metros de diámetro se desarrolló a partir de una prueba anterior de un tazón de 3,5 metros en 1979-1982 por el Tata Energy Research Institute. Esa prueba mostró el uso del recipiente solar en la producción de vapor para cocinar. El proyecto a gran escala para construir un cuenco solar y una cocina funcionó desde 1996, y estaba en pleno funcionamiento en 2001.
Colectores solares térmicos que calientan el aire
Un colector de aire solar simple consiste en un material absorbente, que a veces tiene una superficie selectiva, para capturar la radiación del sol y transfiere esta energía térmica al aire a través de la transferencia de calor de conducción. Este aire caliente se canaliza hacia el espacio del edificio o hacia el área de proceso donde el aire calentado se usa para calentar el espacio o para calentar el proceso. Funcionando de manera similar a un horno de aire forzado convencional, los sistemas solares térmicos de aire proporcionan calor haciendo circular el aire sobre una superficie recolectora de energía, absorbiendo la energía térmica del sol y el conducto de aire que entra en contacto con ella. Se pueden fabricar colectores simples y efectivos para una variedad de aplicaciones de aire acondicionado y procesos.
Una variedad de aplicaciones puede utilizar tecnologías de calor de aire solar para reducir la huella de carbono del uso de fuentes de calor convencionales, como los combustibles fósiles, para crear un medio sostenible para producir energía térmica. Aplicaciones tales como calefacción de espacios, extensión de temporada de invernaderos, aire de renovación de ventilación de precalentamiento o calor de proceso pueden abordarse mediante dispositivos de calentamiento de aire solar. En el campo de la ‘cogeneración solar’, las tecnologías termosolares se combinan con energía fotovoltaica (PV) para aumentar la eficiencia del sistema al eliminar el calor de los colectores fotovoltaicos, enfriar los paneles fotovoltaicos para mejorar su rendimiento eléctrico y al mismo tiempo calentar el aire para calentar el espacio
Calefacción y ventilación de espacio
La calefacción de espacios para aplicaciones residenciales y comerciales se puede hacer a través del uso de paneles solares de calentamiento de aire. Esta configuración opera extrayendo aire de la envolvente del edificio o del entorno exterior y pasándolo a través del colector donde el aire se calienta a través de la conducción desde el absorbedor y luego se suministra al espacio de vida o de trabajo ya sea por medios pasivos o con la ayuda de un ventilador. Una figura pionera de este tipo de sistema fue George Löf, que construyó un sistema de aire calentado por energía solar en 1945 para una casa en Boulder, Colorado. Luego incluyó una cama de grava para el almacenamiento de calor.
En la mayoría de los edificios comerciales, industriales e institucionales se requiere ventilación, aire fresco o aire de maquillaje para cumplir con los requisitos del código. Al tomar aire a través de un colector de aire transpirado no esmaltado o un calentador de aire adecuadamente diseñado, el aire fresco calentado por el sol puede reducir la carga de calentamiento durante el funcionamiento diurno. Ahora se están instalando muchas aplicaciones donde el colector transpirado precalienta el aire fresco que ingresa a un ventilador de recuperación de calor para reducir el tiempo de descongelamiento de los HRV. Cuanto mayor sea la ventilación y la temperatura, mejor será el tiempo de recuperación de la inversión.
Proceso de calentamiento
El calor del aire solar también se usa en aplicaciones de proceso tales como secado de ropa, cultivos (es decir, té, maíz, café) y otras aplicaciones de secado. El aire calentado a través de un colector solar y luego pasado por un medio a secar puede proporcionar un medio eficiente para reducir el contenido de humedad del material.
Tipos de colectores de calentamiento de aire solar
Los recolectores se clasifican comúnmente por sus métodos de ductos de aire como uno de tres tipos:
colectores pasantes
pase frontal
pase de vuelta
Combinadores de pases delanteros y traseros combinados.
Los coleccionistas también se pueden clasificar por su superficie exterior:
vidriado
sin esmaltar
Colector de aire de paso
Al ofrecer la mayor eficiencia de cualquier tecnología solar en la configuración de paso pasante, el aire conducido a un lado del absorbente pasa a través de un material perforado y se calienta a partir de las propiedades conductoras del material y las propiedades convectivas del aire en movimiento. Los absorbedores pasantes tienen la mayor área superficial que permite velocidades de transferencia de calor relativamente altas, pero una caída de presión significativa puede requerir mayor potencia del ventilador y el deterioro de cierto material absorbente después de muchos años de exposición a la radiación solar puede crear problemas de calidad y rendimiento del aire. .
Colector de aire de paso posterior, frontal y combinado
En las configuraciones de paso posterior, paso frontal y tipo combinado, el aire se dirige hacia la parte posterior, frontal o en ambos lados del absorbedor para ser calentado desde el retorno a los cabezales de los conductos de suministro. Aunque pasar el aire en ambos lados del absorbedor proporcionará una mayor área superficial para la transferencia de calor conductivo, pueden surgir problemas de polvo al pasar aire en el lado frontal del absorbedor, lo que reduce la eficiencia del absorbente al limitar la cantidad de luz solar recibida . En climas fríos, el aire que pasa al lado del acristalamiento causará, además, una mayor pérdida de calor, lo que dará como resultado un menor rendimiento general del colector.
Sistemas acristalados
Los sistemas acristalados generalmente tienen una hoja superior transparente y paneles laterales y traseros aislados para minimizar la pérdida de calor al aire ambiente. Las placas absorbentes en los paneles modernos pueden tener una absorción de más del 93%. Colectores solares acristalados (tipos de recirculación que generalmente se usan para calentar espacios). El aire típicamente pasa a lo largo de la parte frontal o posterior de la placa absorbente mientras se elimina el calor directamente de ella. El aire caliente puede distribuirse directamente para aplicaciones tales como calefacción y secado de espacios o puede almacenarse para un uso posterior. La amortización de los paneles de calefacción de aire solar acristalada puede ser inferior a 9-15 años, dependiendo del combustible que se reemplace.
Sistemas no vidriados
Los sistemas sin vidriar, o los sistemas de aire transpirados se han utilizado para calentar el aire de reposición o ventilación en aplicaciones comerciales, industriales, agrícolas y de procesos. Consisten en una placa absorbedora por la cual el aire pasa o atraviesa a medida que friega el calor del absorbedor. Los materiales de acristalamiento no transparentes son menos costosos y disminuyen los períodos de recuperación esperados. Los colectores transpirados se consideran «no vidriados» porque sus superficies colectoras están expuestas a los elementos, a menudo no son transparentes y no están herméticamente selladas.
Colectores solares transgredidos sin esmaltar
Fondo
El término «colector de aire sin vidriar» se refiere a un sistema de calentamiento de aire solar que consiste en un absorbente de metal sin ningún vidrio o acristalamiento sobre la parte superior. El tipo más común de colector sin vidriar en el mercado es el colector solar transpired. La tecnología ha sido monitoreada extensamente por estas agencias gubernamentales, y Natural Resources Canada desarrolló la herramienta de factibilidad RETScreen ™ para modelar los ahorros de energía de los colectores solares transpirados. Desde entonces, se han instalado varios miles de sistemas de colectores solares transpirados en una variedad de aplicaciones comerciales, industriales, institucionales, agrícolas y de procesos en países de todo el mundo. Esta tecnología se usó originalmente principalmente en aplicaciones industriales, como plantas de fabricación y ensamblaje, donde había requisitos de ventilación alta, calor de techo estratificado y, a menudo, presión negativa en el edificio. Con el creciente impulso para instalar sistemas de energía renovable en los edificios, los colectores solares transpirados se utilizan ahora en todo el parque de edificios debido a la alta producción de energía (hasta 750 Watts / metros cuadrados máximos), alta conversión solar (hasta 90%) y menores costos de capital en comparación con el calentamiento solar fotovoltaico y solar.
La calefacción de aire solar es una tecnología de calefacción de energía renovable que se utiliza para calentar o acondicionar el aire para edificios o aplicaciones de calor de proceso. Por lo general, es la más rentable de todas las tecnologías solares, especialmente en aplicaciones a gran escala, y aborda el mayor uso de energía para la construcción en climas de calefacción, que es el calentamiento de espacios y el calentamiento de procesos industriales. Son esmaltados o sin esmaltar.
Método de operación
Los colectores de aire no vidriado calientan el aire ambiente (exterior) en lugar de recircular el aire del edificio. Los colectores solares transpirados generalmente se montan en la pared para capturar el ángulo de sol más bajo en los meses de invierno y la reflexión del sol sobre la nieve y lograr su rendimiento óptimo y retorno de inversión cuando opera a caudales de entre 4 y 8 CFM por pie cuadrado (72 a 144 m3 / h.m2) del área del colector.
La superficie exterior de un colector solar transpirado consiste en miles de diminutas microperforaciones que permiten que la capa límite de calor sea capturada y atraída uniformemente a una cavidad de aire detrás de los paneles exteriores. Este aire de ventilación calefaccionado se extrae a presión negativa en el sistema de ventilación del edificio, donde se distribuye a través de medios convencionales o mediante un sistema de conductos solares.
El aire caliente que puede ingresar a un sistema HVAC conectado a un colector transpirado que tiene salidas de aire ubicadas a lo largo de la parte superior del colector, particularmente si el colector está orientado hacia el oeste. Para contrarrestar este problema, Matrix Energy ha patentado un colector de transpiración con una posición de salida de aire más baja y un marco de cavidad perforada para perpetrar una mayor turbulencia de aire detrás del absorbente perforado para un mayor rendimiento.
Esta vista seccionada muestra los componentes del colector solar transpirado de MatrixAir y el flujo de aire. La entrada de aire más baja mitiga la entrada de aire caliente al sistema HVAC durante la operación de verano.
El extenso monitoreo realizado por Natural Resources Canada y NREL ha demostrado que los sistemas de colectores solares transpirados reducen entre un 10 y un 50% de la carga de calefacción convencional y que RETScreen es un predictor preciso del rendimiento del sistema. Los colectores solares transpirados actúan como una pantalla de lluvia y también capturan la pérdida de calor que escapa de la envolvente del edificio que se recoge en la cavidad de aire del colector y se retrae hacia el sistema de ventilación. No se requiere mantenimiento con los sistemas de calefacción solar por aire y la vida útil esperada es de más de 30 años.
Variaciones de colectores solares transpirados
Los colectores transpirados sin esmaltar también pueden montarse en el techo para aplicaciones en las que no hay una pared orientada al sur adecuada o para otras consideraciones arquitectónicas. Matrix Energy Inc. ha patentado un producto montado en el techo llamado «Delta», un sistema de calefacción de aire solar modular montado en el techo donde las fachadas orientadas al sur, este u oeste simplemente no están disponibles.
Cada módulo de tres pies (3.05 m) entregará 250 CFM (425 m3 / h) de aire fresco precalentado que generalmente proporciona un ahorro de energía anual de 1100 kWh (4 GJ) anuales. Este exclusivo colector transpirable modular de dos etapas, montado en el techo, opera con una eficiencia de casi el 90% en cada módulo y ofrece más de 118 l / s de aire precalentado por colector de dos metros cuadrados. Se pueden conectar hasta siete colectores en serie en una fila, sin límite en la cantidad de filas conectadas en paralelo a lo largo de un conducto central que normalmente rinde 4 CFM de aire precalentado por pie cuadrado de área de techo disponible. +
Los colectores transpirados pueden configurarse para calentar el aire dos veces para aumentar la temperatura del aire suministrado, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de calefacción de espacios y calefacción de aire de ventilación. En un sistema de 2 etapas, la primera etapa es el colector transpirado no vidriado típico y la segunda etapa tiene un acristalamiento que cubre el colector transpirado. El acristalamiento permite que todo el aire caliente de la primera etapa se dirija a través de un segundo conjunto de colectores transpirados para una segunda etapa de calentamiento solar.
Colectores termosolares generadores de electricidad.
Los colectores parabólicos, platos y torres descritos en esta sección se usan casi exclusivamente en estaciones generadoras de energía solar o con fines de investigación. Los bebederos parabólicos se han utilizado para algunos sistemas comerciales de aire acondicionado solar. Aunque simples, estos concentradores solares están muy lejos de la concentración máxima teórica. Por ejemplo, la concentración de cilindro parabólico es aproximadamente 1/3 del máximo teórico para el mismo ángulo de aceptación, es decir, para las mismas tolerancias globales para el sistema. Acercarse al máximo teórico se puede lograr utilizando concentradores más elaborados basados en ópticas sin imágenes. Los colectores solares térmicos también pueden usarse junto con los colectores fotovoltaicos para obtener calor y energía combinados.
Cilindro parabólico
Este tipo de colector se usa generalmente en plantas de energía solar. Se utiliza un reflector parabólico en forma de canal para concentrar la luz solar en un tubo aislado (tubo Dewar) o tubo de calor, colocado en el punto focal, que contiene refrigerante que transfiere el calor de los colectores a las calderas de la central eléctrica.
Plato parabólico
Con un colector parabólico, uno o más platos parabólicos concentran la energía solar en un solo punto focal, de manera similar a como un telescopio reflector enfoca la luz de las estrellas o una antena parabólica enfoca las ondas de radio. Esta geometría se puede usar en hornos solares y plantas de energía solar.
La forma de una parábola significa que los rayos de luz entrantes que son paralelos al eje del plato se reflejarán hacia el foco, sin importar en qué parte del plato lleguen. La luz del sol llega a la superficie de la Tierra casi completamente paralela, y el plato se alinea con su eje apuntando al sol, permitiendo que casi toda la radiación entrante se refleje hacia el punto focal del plato. La mayoría de las pérdidas en tales colectores se deben a imperfecciones en la forma parabólica y la reflexión imperfecta.
Las pérdidas debidas a la dispersión atmosférica son generalmente mínimas. Sin embargo, en un día brumoso o neblinoso, la luz se difunde en todas las direcciones a través de la atmósfera, lo que reduce significativamente la eficiencia de un plato parabólico.
En los diseños de plantas de energía de plato stirling, un motor stirling acoplado a una dinamo, se coloca en el foco del plato. Esto absorbe la energía enfocada en él y lo convierte en electricidad.
Torre de energía
Una torre de poder es una gran torre rodeada de espejos de seguimiento llamados heliostatos. Estos espejos se alinean y enfocan la luz solar en el receptor en la parte superior de la torre, el calor recolectado se transfiere a una estación de energía de abajo. Este diseño alcanza temperaturas muy altas. Las altas temperaturas son adecuadas para la generación de electricidad utilizando métodos convencionales como la turbina de vapor o una reacción química directa a alta temperatura, como la sal líquida. Al concentrar la luz solar, los sistemas actuales pueden obtener una mejor eficiencia que las simples células solares. Se puede cubrir un área más grande usando espejos relativamente baratos en lugar de usar células solares caras. La luz concentrada se puede redirigir a una ubicación adecuada a través de un cable de fibra óptica para usos tales como la iluminación de edificios. Se puede lograr el almacenamiento de calor para la producción de energía durante las condiciones nubladas y de la noche a la mañana, a menudo mediante el almacenamiento subterráneo en tanques de fluidos calentados. Las sales fundidas se han usado con buenos resultados. También se han propuesto otros fluidos de trabajo, como los metales líquidos, debido a sus propiedades térmicas superiores.
Sin embargo, los sistemas de concentración requieren un seguimiento del sol para mantener el enfoque de la luz solar en el colector. No pueden proporcionar una potencia significativa en condiciones de luz difusa. Las células solares pueden proporcionar alguna salida, incluso si el cielo se nubla, pero la producción de energía de los sistemas de concentración cae drásticamente en condiciones de nubosidad, ya que la luz difusa no se puede concentrar.