• Colectores planos

• Colectores tubos de vacío

Colectores planos

Los colectores planos consisten en una caja plana metálica por la que circula un fluido, que se calienta a su paso por el panel.

Puede ser a su vez:

- Captador plano protegido: Con un vidrio que limita las pérdidas de calor.

- Captador plano no protegido: Sistema más económico y de bajo rendimiento, utilizado esencialmente para climatización de piscinas.

Dibujo: Panel plano protegido

• Colectores planos protegidos.
  
  Son los más utilizados por tener la relación coste-producción de calor más favorable. En ellos, el captador se ubica en una caja rectangular, cuyas dimensiones habituales oscilan entre los 80 y 120cm de ancho, los 150 y 200cm de alto, y los 5 y 10cm de espesor (aunque existen modelos más grandes). La cara expuesta al sol está cubierta por un vidrio muy fino, mientras que las cinco caras restantes son opacas y están aisladas térmicamente. Dentro de la caja, expuesta al sol, se sitúa una placa metálica. Esta placa está unida o soldada a una serie de conductos por los que fluye un caloportador (generalmente agua, glicol, o una mezcla de ambos). A dicha placa se le aplica un tratamiento superficial selectivo para que aumente su absorción de calor, o simplemente se la pinta de negro.
  
  

  Los colectores solares planos funcionan aprovechando el efector invernadero, el mismo principio que se puede experimentar al entrar en un auto estacionado al sol en verano—. El vidrio actúa como filtro para ciertas longitudes de onda de la luz solar: deja pasar fundamentalmente la luz visible, y es menos transparente con las ondas infrarrojas de menor energía. El sol incide sobre el vidrio del colector, que siendo muy transparente a la longitud de onda de la radiación visible, deja pasar la mayor parte de la energía. Ésta calienta entonces la placa colectora que, a su vez, se convierte en emisora de radiación en onda larga o (infrarrojos), menos energética.
  
  Pero como el vidrio es opaco para esas longitudes de onda (infrarrojo térmico), a pesar de las pérdidas por transmisión, (el vidrio es un mal aislante térmico), el recinto de la caja se calienta por encima de la temperatura exterior. Al paso por la caja, el fluido caloportador que circula por los conductos se calienta, y transporta esa energía térmica a donde se desee. El rendimiento de los colectores mejora cuanto menor sea la temperatura de trabajo, puesto que a mayor temperatura dentro de la caja (en relación con la exterior), mayores serán las pérdidas por transmisión en el vidrio. También, a mayor temperatura de la placa captadora, más energética será su radiación, y más transparencia tendrá el vidrio a ella, disminuyendo por tanto la eficiencia del colector.

• Colectores planos no protegidos
  
  Son una variante económica de los anteriores donde se elimina el vidrio protector, dejando la placa expuesta directamente al ambiente exterior. Carecen también de aislamiento perimetral. Dada la inmediatez y simplicidad de este tipo de paneles, existen multitud de subvariantes tanto en formas como en materiales: conceptualmente, una simple manguera enrollada y pintada de negro es, en esencia, un colector solar plano no protegido. Debido a su limitada eficiencia, necesitan una superficie más grande para conseguir las prestaciones deseadas, pero lo compensan con su bajo coste. Son especialmente usados en piscinas recreativas que requieren bajo aporte calórico y se dispone de amplia superficie para su instalación.

Colector solar de tubos de borosilicato al vacío

El tubo de vacío es un óptimo producto en cuanto a potencia y geometría. Los tubos se estructuran en dos tubos de vidrio concéntricos que en un lado se cierran en forma de media esfera y en el otro lado se fusionan entre sí. El espacio intermedio entre los tubos se evacúa y finalmente se cierra de forma hermética (aislamiento mediante vacío). Es decir, un tubo de vacío solar es un tubo formado por dos cristales concéntricos de borosilicato entre los cuales se ha hecho el vacío. El tubo exterior es transparente y deja pasar los rayos solares al tubo interior, que los absorbe de una forma muy eficiente. Dentro del tubo interior está el líquido a calentar o bien un tubo de cobre heat pipe.

Para poder aprovechar la energía solar, la superficie externa del tubo de vidrio interior se cubre con una capa altamente selectiva y no contaminante, concebida así como un absorbedor. Este recubrimiento se encuentra por lo tanto protegido en el espacio vacío intermedio. Se trata de una capa rociada de nitrito de aluminio que se caracteriza por su ínfima emisión y una óptima capacidad de absorción.¿Por qué el vacío? El vacío es un excelente aislante. Las propiedades de aislamiento son muy buenas, si el interior del tubo esta a muy alta temperatura, el tubo exterior es frío al tacto. Los tubos de vacío funcionan bien incluso en climas fríos cuando colectores planos funcionan mal debido a la pérdida de calor.

Dibujo: Panel tubo de vacío Heat Pipe

Los colectores solares de tubo de vacío son el resultado de la aplicación de la más alta tecnología en el diseño, fabricación y selección de materiales, con el fin de obtener una elevada eficiencia en la entrega de agua calentada por energía solar.El tubo de vacío supone una evolución respecto a los captadores convencionales, al sustituir los materiales aislantes, como Lana de Roca, cuya misión es preservar el calor en el interior del captador, por vacío, los que no sufre ningún tipo de pérdidas por degradación durante su vida útil. Su alto rendimiento se refleja en que es capaz de asegurar rendimiento en días de invierno, nubosos e incluso con lluvia, condiciones donde superan con creces a los antiguos paneles planos.

Sin embargo, los colectores de tubo de vacío son también usados cada día más por países con clima cálido, como es el caso del reciente terminal del Aeropuerto Internacional de Singapur, recomendación de la Agencia de la Energía de Barcelona, los cuales sonfavorables a su instalación por superar en eficiencia a los colectores planos.

• Principios Básicos

Sistemas normales para calentar el agua se puede clasificar en cuatro principios, lo que permite adaptarlos a los requerimientos y situaciones individuales.

1. Principio pasivo. Sistema que utiliza medios físicos naturales para su funcionamiento. En esto se usa el efecto que el agua caliente sube por si misma, o bien gracias a la presión de la red. Así no requiere ninguna bomba, pero el tanque de agua debe ser colocado arriba del panel solar para captar y guardar el agua caliente, esto se entiende con el concepto de termosifón.

2. Principio activo. Diferente al anterior, se utiliza una bomba para mover el agua del sistema. Tiene la ventaja que se puede colocar el tanque de acumulación en cualquier lugar, por ejemplo en el sótano, mientras los paneles son instalados en el techo.
3. Principio directo. Sistema de calentamiento solar en el que el agua calentada para consumo final, pasa directamente a través del colector.
4. Principio indirecto. Sistema de calentamiento solar en que un fluido de transferencia de calor, diferente del agua para consumo final, pasa a través del colector. En este caso el líquido calo portador, generalmente glicol, fluye por los paneles y por el sistema primario, para generar el traspaso térmico al agua de consumo a través de un intercambiador de calor, normalmente dentro del estanque de agua o pasa por un estanque de doble camisa.
5. Tipos de sistemas.

Existen básicamente 4 tipos sistemas:



1. Flujo Directo Simple: Sistema con Liquido Caloportador se basa en un fenómeno llamado principio de concentración, necesitando de una superficie curva que a su vez sea reflectante para poder recibir la radiación. De esta forma los rayos acaban concentrándose en la parte central del colector, alcanzado altas temperaturas. Por tanto este circuito consiste en unas cámaras cilíndricas de vidrio, el agua al interior del tubo es calentada y esta entra al estanque de acumulación. Los tubos colectores al vacio calientan el agua fría que entra en el tanque. Es así como el agua aumenta su volumen y disminuye su densidad.
   
   Naturalmente el agua asciende, desplazando la que se encuentra en la parte superior del tanque y que está a menor temperatura. Esta fluye una vez más a los tubos para iniciar de nuevo el ciclo.

   
   
   

   Dibujo: Colector directo convencional

    

2. Flujo indirecto pasivo Close Loop: El funcionamiento base es igual al anterior. EL agua de intercambio de calor se encuentra en el circuito primario, dentro de los tubos de vacío y el estanque. Dentro del estanque se encuentra el intercambiador de calor en forma de serpentín de cobre. Al interior del serpentín circula agua de consumo, esta entra a temperatura de la red y sale con un aumento de la temperatura para consumo. O sea, el agua caliente del estanque transmite el calor al agua que circula por el serpentín de cobre, y esta agua que circula por el serpentín de cobre está a la presión de la red.
   
   

   Dibujo: Colector Close Loop





3. Flujo indirecto activo U-Pipe: La tecnología U-PIPE consiste en un tubo de cobre en forma de U y que es su interior transporta agua. En cada tubo de vacío hay una tubería en U de flujo directo conectado como el resto de colectores tubulares al circuito primario.La tubería en U es de cobre y está en contacto con una aleta de aluminio situada al interior del tubo de vacío, esta cumple la misión de transmitir el calor que se acumula en el tubo de vacío al tubo de cobre en forma de U. La radiación solar penetra el tubo exterior de cristal y es capturada en el exterior del tubo de cristal interior por una capa difusora altamente selectiva. La captación de radiación solar es transmitida hacia una aleta de aluminio de contacto superficial y desde ésta hacia la tubería de cobre que contiene el fluido caloportador.
   
   

   
   

4. Sistema indirecto pasivo Heat Pipe: El “Heat Pipe”, es un sistema el que el fluido caloportador es un fluido vaporizante encerrado en los tubos. La radiación solar provoca la evaporación del líquido, haciendo que éste suba al extremo superior del tubo, que al estar más frío hace que el vapor se condense, cede así su energía y regresa en estado líquido por gravedad al extremo inferior del tubo, iniciándose de nuevo el ciclo.
   
   • Heat Pipe (un pipe por tubo): Los tubos de vacío poseen al interior un tubo de cobre, y este en su interior, contiene un líquido vaporizante que a 25°C el fluido se calienta y se vaporiza absorbiendo el calor latente. La radiación solar provoca la evaporación del líquido, haciendo que éste suba al extremo superior del tubo, que al estar más frío hace que el vapor se condense, ceda así su energía al agua de consumo (Cabezas de cobre en el interior del estanque), y regresa en estado líquido por gravedad al extremo inferior del tubo, iniciándose de nuevo el ciclo.
   
   
   En los Sistemas indirectos activos existen 2 tipos de instalaciones:
   
   • Sistema Split Indirecto Activo Presurizado
   
   El sistema Split presurizado, utiliza una bomba con un controlador para hacer circular el agua entre los paneles solares y el tanque de almacenamiento, los cuales se encuentran separados, mientras que el colector se puede colocar en el techo de su edificación, el tanque y la estación de bombeo se pueden instalar en cualquier parte, lo que permite adecuarse a la estructura arquitectónica de su hogar o del lugar a instalarse.
   
   El tanque trae incorporado en su interior un serpentín de cobre, o bien el intercambio de calor también se puede hacer fuera del estanque con un intercambiador de placas. A este sistema también se le deben agregar sistemas de seguridad para evitar sobre calentamientos y congelación, lo que hará más sensible la instalación por el aumento de partes y piezas como son las válvulas de seguridad por presión y temperatura, purgadores, vasos de expansión.
   
   

   Esquema: Sistema forzado con colectores tubo de vacío

   
   • Sistema indirecto activo no presurizado también conocido como Drain Back
   
   Este es un sistema solar de circulación forzada con drenaje o vaciado del circuito primario. Cuando la bomba del primario se para los captadores se vacían. De esta forma no hay peligro de heladas ni de sobrecalentamientos. Suelen ser equipos domésticos para ACS de acumulaciones relativamente pequeñas, 150, 200 o 300 L. Pero también existen instalaciones mayores las cuales podrán ejecutarse instalando el circuito un estanque drain back que pueda contener el fluido del sistema, este estanque dependerá del tamaño de la instalación.
   
   Cuando la bomba del primario se detiene, los captadores se vacían de líquido, como el sistema no es presurizado, el agua contenida en el circuito caerá al drain back. Gracias a su diseño evita la necesidad de instalar purgadores y vaso de expansión y auto protege la instalación, de esta forma no hay peligro de heladas ni de sobrecalentamientos. Además, con este sistema son imposibles las pérdidas térmicas del acumulador por circulación nocturna o por gravedad.
   
   La novedad del sistema drain-back es que incluye aire en el sistema. Cuando el equipo está inactivo, el líquido caloportador se encuentra en el intercambiador de calor, mientras el captador y la tubería del circuito solar contienen el aire del sistema. Cuando la bomba se pone en marcha, el líquido del sistema es contenido en un estanque de acumulación o en el interior del serpentín que se aloja en el estanque acumulador. La combinación de líquido solar y aire, correctamente gestionada, ofrece interesantes ventajas frente a los sistemas convencionales
   
   

Ventajas del sistema Drain-Back

La combinación de ambos elementos, aire y líquido solar ofrece interesantes ventajas frente a los sistemas convencionales.

a. Protección contra temperaturas extremas. Ya sea en épocas de heladas o de alta radiación solar, los captadores permanecen vacíos de líquido para evitar sobrepresiones y mantener todo el sistema fuera de peligro.
b. Instalación sencilla. Conectar y listo. Así de simple es la instalación del Drain Pack. Al incorporar todos los elementos necesarios para la correcta gestión del circuito primario (bomba, regulador solar, sondas, etc.) sólo es necesario instalar los captadores solares y unirlos al depósito.
c. Sin cálculos. Drain-Back viene con todos los elementos ya dimensionados para que no haga falta hacer ningún tipo de cálculo.
d. Económico. El sistema de drenaje automático evita la instalación y mantenimiento de purgadores y el vaso de expansión, imprescindibles en una instalación solar convencional.
e. Integración arquitectónica. Se ofrecen tres soluciones de instalación en cubierta plana, tejado inclinado e integrado en el tejado.

La gran diferencia existente entre los diversos sistemas de Drain-Back del mercado se basan en:

a. Drain back con serpentín sobre dimensionado al interior del estanque de acumulación o estanque exterior drain back para sistemas mayores a 300 litros o aquellos que deban superar distancias verticales mayores a 15 metros.
b. Distancia máxima entre el captador y el interacumulador. En el mercado los hay que alcanzan más de 15 metros sin estanque de drenaje exterior.
c. Un alto coeficiente de rendimiento del captador.
d. Control electrónico sofisticado.
e. Funcionando silencioso, sin cavitación de la bomba.

A continuación se muestra una instalación con estanque exterior Drain Back

Dibujo: Esquema básico drain back con estanque exterior

Combinaciones se sistemas solares

Combinando estos cuatro principios los siguientes sistemas existen en el mercado. Funcionan con paneles planos o tubos al vacío.

• Sistema directo pasivo

• Sistema activo directo

• sistema activo indirecto

Sistema Termosifón (Con presión de la red)

Sistema Forzado (Con bombas de recirculación)

La selección del mejor sistema depende de su ubicación y su necesidad. Con una radiación solar todo el año y sin temperaturas bajo cero, el sistema directo pasivo es el más conveniente y económicamente más rentable.

En zonas, donde el cielo es cubierto durante temporadas y el ambiente es muy frio, se recomienda utilizar tubos de vacío. Para aquellos que no les “gusta” tener un estanque visible o de otras consideraciones técnicas o estéticas, requerirán que el estanque de agua esté en una ubicación separada de los paneles, un sistema activo es la recomendación. Y por fuerza de la naturaleza, en los lugares donde las temperaturas puedan ser inferiores a 0 °C, un sistema indirecto activo es mandatorio.

Cada sistema variará en complejidad según los requerimientos de cada mandante y su situación geográfica, y por ello variarán los precios. Por esto, SOLEPANEL con un conocimiento acabado de los sistemas, desarrollará la propuesta particular para cada cliente, recomendando así las alternativas viables, en caso que existiera más de una, para que este elija con libertad la alternativa que más le acomode.

Esquema: Sistema solar térmico integral en una vivienda tipo

Ley 20.365 Beneficio Tributario Ley 20.365 que entrega una franquicia tributaria asociada a la instalación de colectores solares térmicos en viviendas nuevas bajo UF 4500. Permite que la empresas constructoras descuenten de sus intereses el valor de los colectores solares térmicos una vez aprobada la recepción municipal definitiva. Estas instalaciones poseen el reglamento a la ley, emitido en el Decreto 331. Nuestro país tiene una de las mejores condiciones del mundo para el uso de estos sistemas solares, por sus altos índices de radiación solar, por lo tanto esta franquicia tributaria se creó como un mecanismo de estímulo para superar la barrera de entrada de la instalación de paneles solares térmicos. Las empresas constructoras e inmobiliarias tienen derecho a obtener el subsidio que establece la Ley 20.365 hasta por 30 UF por cada colector o panel solar por vivienda. Las empresas constructoras deberán incorporar al formulario 29 la declaración jurada 1808 la que indica la información de los colectores instalados en el proyecto. Para ello, los colectores solares deberán estar registrados en la SEC. Para que la SEC haya otorgado dicho certificado, el panel debe cumplir con estrictas normas internacionales, como la europea KEYMARK, o tener certificación de laboratorios autorizados. Antes de decidir la adquisición e instalación de un determinado colector solar, para un lugar específico y con una determinada inclinación, usted debería asegurarse que éste cumple las exigencias de rendimiento y ahorro que SII exige a fin de otorgar el subsidio. El Ministerio de Energía pone a nuestra disposición en www.programasolar.cl un programa F-Chart (tabla de cálculo) con el fin que podamos calcular, con las características del equipo y las condiciones de instalación. Si el colector es capaz de generar la energía mínima exigida por el ministerio de energía para unas condiciones determinadas. Las especificaciones técnicas del colector, indican los datos que usted debe ingresar a dicho ALGORITMO (F-Chart), para obtener la información final. Este indicará claramente si el panel ingresado cumple o no con la condiciones exigidas, entregando además otros parámetros de interés. La información al respecto podrá ser encontrada en la siguiente web: http://www.sii.cl/beneficios_fomento/paneles_solares/incentivo_trib_ps.html Subsidio PPPF Existirá además la posibilidad de postular al Programa de Protección del Patrimonio Familiar (PPPF). Este apoya y financia la incorporación de colectores solares térmicos en viviendas usadas. Cuya información podrán encontrarla en la página del Mimvu http://www.minvu.cl