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COLECTORES SOLARES DE PLACA PLANA:Descripción general

Los colectores solares de placa plana son probablemente la tecnología más fundamental y estudiada para los sistemas de agua caliente domésticos alimentados con energía solar. 




¿Que  es un colector de placa plana?

COLECTORES SOLARES DE PLACA PLANA

Un colector de placa plana ,son dispositivos simples para calentar agua,tiene una superficie grande y plana (absorbente) para maximizar la exposición al sol, y tiene pequeños tubos unidos a ella. 

El fluido corre a través de los tubos, recogiendo el calor del absorbedor. Los lados y el fondo del colector están bien aislados, y el vidrio en la parte superior completa el aislamiento

¿Cómo funcionan los colectores solares de placa plana?

La idea general detrás de esta tecnología es bastante simple. El sol calienta una superficie oscura y plana, que recoge la mayor cantidad de energía posible, y luego la energía se transfiere al agua, aire u otro fluido para su uso posterior. 

¿Cuáles son los componentes de los colectores solares de placa plana?

Estos son los principales componentes de un colector solar de placa plana típico:

  • Superficie negra – absorbente de la energía solar incidente
  • Cubierta de acristalamiento: capa transparente que transmite radiación al absorbedor, pero evita la pérdida de calor por radiación y convección de la superficie
  • Tubos que contienen fluido de calentamiento para transferir el calor del colector
  • Estructura de soporte para proteger los componentes y mantenerlos en su lugar
  • Aislamiento que cubre los lados y la parte inferior del colector para reducir las pérdidas de calor

Los colectores de placa plana son el tipo más simple de colector solar térmico. Consisten en varias partes básicas, como se describe a continuación.

La caja

El bastidor que contiene todo el equipo debe ser muy resistente y duradero para resistir los fuertes vientos y todo tipo de clima. En términos generales, los marcos están hechos de aluminio extruido que puede ser bastante pesado y grueso para colectores de servicio pesado.

 Hay algunos coleccionistas que han rodado aluminio o marcos de fibra de vidrio extruido, pero son una minoría definida.

Todos los marcos de los colectores se sujetan con sujetadores de acero inoxidable. Esto se debe a que es muy importante utilizar un marco y materiales de fijación compatibles: el acero plano o galvanizado simplemente no funciona con aluminio. Recuerde que cuando compra también su equipo de montaje, como se aplica la misma regla.

La placa de absorción

Como era de esperar, el recubrimiento de la placa de absorción afecta directamente la eficiencia del colector. Los revestimientos siempre tienen dos figuras de calificación importantes: cuánto absorben y cuánto emiten.

Casi todos los recubrimientos absorbentes tienen un índice de absorción de entre 90 y 98, que es el porcentaje de luz solar que absorben. La pintura negra plana tradicional tiene una calificación de emisiones de entre el 15 y el 30 por ciento, mientras que las nuevas alternativas de alta tecnología como deposición física de vapor (PVD), chisporroteo, cromo negro o cristal negro tienen calificaciones más bajas que están entre 5 y 10 por ciento.

Para descubrir qué tan eficiente es el recolector, simplemente resta la calificación de emisión de la calificación de absorción: ¡cuanto más alto sea el resultado, mejor!

El aislamiento

La parte posterior y los lados del colector están siempre aislados para retener la mayor cantidad de calor posible dentro de la caja. La mayoría de los colectores modernos usan aislantes estándar como fibra de vidrio, lana de roca, poliuretano expandido rígido (PUR) o poliisocianurato. Siempre que el material pueda soportar altas temperaturas prolongadas, es aceptable.

El acristalamiento

Curiosamente, el acristalamiento del colector, el lado del vidrio, es la única parte que no se puede modernizar todavía. A pesar de que se han probado cargas de diferentes plásticos y otros materiales, es un vidrio templado de baja temperatura y anticuado que supera a todos.

 Es prácticamente el único material que no falla con la configuración de alta temperatura a largo plazo.

Eso no quiere decir que los colectore no hayan sido modernizados, por supuesto. El vidrio en sí es siempre un panel único, agregar un segundo reduce la eficiencia del colector y generalmente está modelado en un lado para reducir el deslumbramiento.

 Por lo general, está sentado con una junta de goma alrededor para mantenerlo en su lugar y hacer un buen sellado con el marco, aunque algunos colectores usan masilla de silicona. Eso funciona bien, también, pero es casi imposible quitar el cristal para el mantenimiento.

Aquí hay un consejo importante de seguridad: el vidrio templado es muy frágil alrededor de los bordes. Si alguna vez tiene que quitar el acristalamiento de un colector, asegúrese de usar guantes y gafas protectoras. ¡Incluso un ligero toque en el borde del vidrio templado podría hacer que literalmente explote!

Aprendé mas sobre los colectores solares de placa plana 

 

¿Cuál es la eficiencia de un colector solar de placa plana?

Los sistemas de placa plana normalmente funcionan y alcanzan la máxima eficiencia dentro del rango de temperatura de 30 a 80  o C (Kalogirou, 2009), sin embargo, algunos tipos nuevos de colectores que emplean aislamiento por vacío pueden alcanzar temperaturas más altas (hasta 100  o C). 




Debido a la introducción de recubrimientos selectivos, se ha demostrado que la temperatura del fluido estancado en los colectores de placa plana alcanza los 200  o C.

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¿Cuáles son las  ventajas de los colectores de placa plana? 

  • Fácil de fabricar
  • Bajo costo
  • Recoge radiación de haz y difusa
  • Fijado permanentemente (no se requiere un equipo sofisticado de posicionamiento o seguimiento)
  • Poco mantenimiento

Los colectores solares de placa plana se instalan mirando hacia el ecuador (es decir, orientado hacia el sur en el hemisferio norte y orientado hacia el norte en el hemisferio sur).

¿Cuál es la inclinación correcta para obtener la máxima eficiencia?

 La inclinación óptima de la placa del colector está cerca de la latitud de la ubicación (+/- 15 o ). Si la aplicación es de refrigeración solar, el ángulo de instalación óptimo es Latitud – 10 o , de modo que el haz solar sea perpendicular al colector durante el verano. 

Si la aplicación es de calentamiento solar, el ángulo de instalación óptimo es Latitude + 10 o . Sin embargo, se encontró que para el sistema de agua caliente durante todo el año, el ángulo óptimo es Latitude + 5 o , que proporciona un rendimiento algo mejor durante el invierno, cuando el agua caliente es más necesaria (Kalogirou, 2009) 

Opciones de transporte de fluido

Los colectores de placa plana pueden involucrar transporte de calor líquido o aire. 




El agua es una de las opciones más comunes como  líquido debido a su accesibilidad y buenas propiedades térmicas:

  • Tiene una capacidad calorífica volumétrica relativamente alta
  • Es incompresible (o casi incompresible)
  • Tiene una gran densidad de masa (lo que permite el uso de tubos pequeños y tuberías para el transporte)

Una desventaja del agua es que se congela durante el invierno, lo que puede dañar el colector o el sistema de tuberías. 

Esto se puede gestionar drenando el colector a bajas entradas solares (por debajo de un límite de insolación crítico).

 Los sensores de drenaje a menudo se emplean para monitorear el sistema y garantizar un drenaje completo, ya que la congelación de agua de bolsillo puede causar daños. 

El llenado del sistema con agua a la mañana siguiente tampoco es perfecto. Posibles bolsas de aire en el colector pueden ser un problema, bloqueando el flujo de agua y disminuyendo la eficiencia del sistema .  

Se pueden usar mezclas anticongelantes en lugar de agua pura para aliviar los problemas mencionados anteriormente. Los componentes anticongelantes comunes son etilenglicol o propilenglicol.

 Esos productos químicos se mezclan con agua y requieren sistemas de circuito cerrado y eliminación adecuada debido a la toxicidad. El servicio nominal de anticongelante es de aproximadamente 5 años, después del cual debe ser reemplazado.

El aire puede usarse como fluido de transporte en algunos diseños de colectores de placa plana. Esta opción es más adecuada para aplicaciones de calefacción de espacios o secado de cultivos.

 Por lo general, se requiere un ventilador para facilitar el flujo de aire en el sistema y un transporte de calor eficiente. Ciertos diseños pueden proporcionar movimiento de aire pasivo (sin ventilador) debido a la flotabilidad térmica.  

Los líquidos de cambio de fase también se pueden usar con colectores de placa plana. Algunos refrigerantes están incluidos en este grupo de fluidos. No se congelan, lo que elimina los problemas explicados anteriormente para el agua y, debido a su bajo punto de ebullición, puede cambiar de líquido a gas a medida que aumenta la temperatura.

 Esos fluidos pueden ser prácticos en entornos donde se necesita una respuesta rápida a la fluctuación de temperatura rápida.

¿Cómo se construye un colector solar de placa plana?

Las consideraciones clave en el diseño de los  COLECTORES DE PLACA PLANA  están maximizando la absorción, minimizando las pérdidas por reflexión y radiación, y la transferencia efectiva de calor de la placa del colector a los fluidos. 

Uno de los problemas importantes es obtener una buena unión térmica entre la placa absorbente y los cambios (tubos o conductos que contienen los fluidos de transferencia de calor). 

Los diferentes diseños de construcción (que se muestran a continuación) intentan abordar este problema. 

colectores solares de placa plana

Varios diseños de ensamblaje de colector de placa plana. 
Códigos de color:
azul claro – cubierta de vidrio,
azul oscuro – canales de fluido,
negro-material absorbente ,
gris – aislamiento. 
Algunas construcciones (b, c) incluyen canales de fluido en la estructura de la placa de absorción para maximizar la conductancia térmica entre los componentes. 
Otras modificaciones (a, d) incluyen tubos y canales soldados o cementados a la placa. 

El conjunto de placa y canal puede utilizar una variedad de métodos de unión de componentes: cementos térmicos, soldadura, clips, abrazaderas, soldadura fuerte, aplicadores de presión mecánica. Una de las consideraciones al elegir el método de ensamblaje es el costo de la mano de obra y los materiales.

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