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¿Cuáles son las distintas tecnologías existentes de aprovechamiento de la energía solar térmica?

 Paneles solares térmicos, colectores solares de tubos de vacío, colectores termosifónicos, colectores de polipropileno, etc. ¿Cuáles son sus diferencias y qué ventajas presenta cada una?

Existen distintos tipos de dispositivos para el aprovechamiento de la energía solar en su versión térmica, entre ellos podemos citar:

Colectores Solares Planos:
Son elementos de Captación de Radiación solar constituidos por un bastidor, típicamente metálico, con aislamiento térmico interior, en todo su perímetro, (exceptuando la ventana expuesta a la radiación solar directa, cuya cubierta esta constituida por un cristal templado de bajo contenido en hierro).

En su interior existen unas tuberías metálicas (típicamente de cobre) por donde circula una mezcla de agua destilada y anticongelante, y sobre las que se encuentra soldada una lámina absorbente (cobre o aluminio) con tratamiento específico para incrementar el rendimiento de absorción de radiación y aumentar la temperatura del comentado líquido circulante.

Estos elementos han sido diseñados de forma que el rendimiento (energía absorbida en función de la energía solar incidente) sea lo más alto posible. Son típicos rendimientos del orden de 0,7 a 0,8.

El intercambio de calor del líquido caloportador interior y el agua de consumo se hace fuera del captador, bien en un serpentín interno al deposito de acumulación, bien en un intercambiador de placas, o bien en la superficie de contacto de un deposito con doble envolvente.

Ventajas:
? Mayor resistencia ante las inclemencias del tiempo ( granizo, heladas)
? Mayor resistencia ante las altas temperaturas alcanzadas en periodos de alta radiación y bajo consumo (estancamiento).
? Buen rendimiento para zonas de radiación intermedia-alta (península ibérica).
? Calculo teórico inicial ajustado a la realidad de funcionamiento real (alta experiencia).
? Rapidez de instalación al tratarse de bloques completos.
Inconvenientes:
? El captador es un “todo”, si hay un problema en una de las tuberías internas es necesario cambiar todo el captador.
? El peso es mayor que en sistemas de tubos de vacío o de polipropileno.

Colectores de tubos de vacío:
Al igual que el elemento descrito anteriormente, se han diseñado para optimizar la absorción de la energía solar y convertirla en energía térmica.

En este caso, cada uno de los tubos que forman el captador está constituido por dos cilindros concéntricos de cristal templado entre los cuales se ha realizado el vacío a fin de evitar las perdidas de temperatura por conducción y convección así como por emisión de radiación infrarroja

En el interior de esta camisa de cristal, se encuentra una tubería (de cobre) que tiene soldado una lámina de absorción (Típicamente de cobre con tratamiento). Dentro de dicha tubería se encuentra una mezcla de agua destilada y alcohol que al calentarse se vaporiza ascendiendo hacia la parte superior de dicho tubo donde se encuentra en intimo contacto con la tubería de agua de consumo.

Una vez el intercambio de calor se ha realizado, la mezcla pierde temperatura y se licua bajando a la parte inferior del tubo de vacío donde se vuelve a producir el ciclo.

En este caso, el intercambio de calor entre el líquido caloportador y el agua de consumo se hace en el propio captador en su parte superior donde se encuentra el manifold de conexión de los diferentes tubos de vacío componentes del panel captador.

Ventajas:
? Mayor rendimiento ( el que más)
? Posibilidad de orientar las placas absorbedores de los  tubos de forma independiente, mejorando rendimientos en situaciones de instalaciones con problemas de orientación de cubierta respecto del sur.
Inconvenientes:
? Fragilidad de los tubos en condiciones climáticas adversas ( granizo, carga de nieve..)
? Fragilidad de los tubos en condiciones de radiación elevada.
? Problemas de ajuste de temperaturas en la instalación en relación con el estudio realizado. La experiencia muestra problemas de coincidencia entre los valores teóricos y los reales.

Colectores de tubos de polipropileno:
En este caso, estamos hablado de tuberías de color oscuro que asemejan las características físicas de un cuerpo negro. Todos sabemos un cuerpo negro expuesto a radiación solar incrementa rápidamente su temperatura.

A diferencia con los sistemas captadores anteriormente descritos este sistema no dispone de ventana de cristal, o doble cilindro concéntrico, ni aislamiento térmico en su periferia, por lo que las perdidas que experimenta por conducción y convección son muy elevadas.

El colector de polipropileno está principalmente recomendado para el calentamiento de piscinas ampliando el periodo de baño.

Para este tipo de aplicación tiene una serie de ventajas esenciales como puede ser el hecho de que no necesita sistema de intercambio, ya que, es el mismo agua de la piscina el que se hace circular por las tuberías de Polipropileno al no verse afectado este material por los productos de tratamiento utilizado ( cloros, antialgas, estabilizadores de Ph, etc…).

Ventajas:
? Precio muy competitivo ( el  más económico)
? Instalación muy sencilla. ( no necesita de intercambiadores).
? Muy resistente ante condiciones climáticas adversas.

Inconvenientes:

? Grandes pérdidas por conducción y convección .
? Rango de aplicaciones reducido ( básicamente calentamiento de piscinas no cubiertas)
? Necesidad de vaciado en periodos de muy bajas temperaturas ( no existe mezcla de anticongelante con el líquido que circula por su interior).

Equipos termosifónicos:
Están constituidos por un sistema captador solar térmico (puede ser de cualquiera de los tipos anteriores) y un sistema de almacenamiento (acumulador solar) que se encuentra en las proximidades del captador y en un plano superior.

El deposito cuenta con un sistema de intercambio, bien doble envolvente (el líquido caloportador circula por la cámara exterior mientras que el agua de consumo se encuentra en el deposito interior), bien un sistema de serpentín interno (en este caso es el agua de consumo la que se encuentra alrededor del serpentín donde circula el líquido caloportador).

El funcionamiento normal se realiza del siguiente modo:

En condiciones de radiación alta, el líquido caloportador en el captador incrementa su temperatura, su densidad baja y por tanto dicho líquido caloportador asciende hasta alcanzar el sistema de intercambio en el depósito.

Una vez se ha realizado la transferencia de temperatura, por contacto entre las superficies en el acumulador (bien de la doble envolvente, bien del serpentín interno), la temperatura del líquido caloportador desciende, lo que hace que aumente su densidad y por efecto de la gravedad caiga hasta la parte inferior donde bien entra en el captador solar (caso del captador plano), bien vuelve a la zona de contacto del manifold de intercambio (caso del captador de tubos de vacío).
( esta es la razón por por la que el deposito debe localizarse próximo y en un plano superior, en relación con el captador)
 

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