Los colectores solares constituyen el núcleo de un sistema de energía solar térmica. Como su nombre indica, recogen los rayos del sol. A continuación, los convierten en calor aprovechable, que puede utilizarse para calentar agua caliente sanitaria o como apoyo a la calefacción central de la vivienda. Esto le ayuda a ahorrar en costes energéticos y contribuye a reducir las emisiones de CO₂ a la atmósfera por la quema de combustibles fósiles.
Aparte de algunas soluciones técnicas especiales, los colectores utilizados principalmente en Alemania son los que contienen un medio de transferencia de calor circulante. Este medio suele estar compuesto por una mezcla de agua y anticongelante de glicol. El medio se encuentra en un tubo. Dependiendo de cómo se instalen, puede distinguirse entre colectores tubulares y planos. Sin embargo, lo que ambos tienen en común es que un absorbedor convierte la radiación solar en calor. Un medio de transferencia de calor absorbe el calor y lo transporta fuera del colector. Este proceso es el mismo en todos los colectores.
En los colectores de tubos de vacío, el absorbedor se coloca en un tubo de vidrio sometido a presión de vacío (evacuado), similar a un termo. El vacío tiene muy buenas propiedades de aislamiento térmico y reduce las pérdidas de calor. Esto es especialmente ventajoso en el caso de temperaturas elevadas de los colectores, es decir, en las condiciones de funcionamiento habituales de las centrales solares de apoyo.
En general, los colectores de tubos de vacío pueden diferenciarse según su diseño: en los colectores de tubos de vacío con flujo directo, el medio de transferencia de calor circula por los tubos absorbedores que están dispuestos en el interior de los tubos. En los sistemas de Heatpipe, el medio de transferencia de calor no circula por los tubos. En su lugar, un líquido (normalmente agua) se evapora en el tubo de cobre situado debajo del absorbedor. El vapor se condensa en el llamado condensador, situado en el extremo superior de los tubos, donde la energía pasa al medio caloportador del colector. Los colectores de tubos de calor tienen la ventaja de una absorción de calor fiable.
Viessmann ofrece los siguientes colectores de tubos de vacío basados en el principio del Heatpipe:
En los colectores planos, el absorbedor suele estar protegido de la intemperie por una carcasa de chapa de acero revestida, aluminio o acero inoxidable y una cubierta frontal de vidrio de seguridad solar de bajo contenido ferroso. Un revestimiento antirreflectante (AR) en el cristal puede reducir aún más la reflexión. El aislamiento térmico de la carcasa del colector reduce la pérdida de calor.
El absorbedor está dispuesto en forma de serpentín, lo que garantiza un patrón de flujo fiable a través del colector. El absorbedor también está soldado en las curvas, lo que garantiza una transferencia de calor óptima hasta los bordes. La placa del suelo está unida en todo su perímetro al bastidor del colector. La junta del panel no tiene juntas y está fabricada con un material de sellado flexible, resistente a la intemperie y a los rayos UV.
Viessmann ofrece los siguientes productos:
Gracias a sus diversos diseños, los colectores solares pueden instalarse en casi cualquier concepto de edificio, tanto en obra nueva como en proyectos de reforma. Pueden instalarse en tejados inclinados, tejados planos y fachadas, así como de forma independiente en el suelo, según sea necesario. En todos los casos, el colector y el montaje forman una sola unidad estática. Viessmann ofrece sistemas totalmente probados para todos los tipos de tejado convencionales y adecuados para todos los colectores como parte de su gama de productos estándar, lo que garantiza una mayor fiabilidad y tranquilidad en las fases de planificación e instalación.
La cantidad de energía disponible para generar calor es mayor cuando la radiación incide en la superficie del colector en ángulo recto. En nuestra latitud, esto no puede conseguirse con una superficie horizontal. Sin embargo, la superficie del colector puede inclinarse en consecuencia. Además, la orientación también determina el uso correcto de la energía solar. En el hemisferio norte, lo ideal es una orientación hacia el sur.
Un valor clave que debe tener en cuenta antes de comprar un sistema de energía solar térmica es el rendimiento de los colectores. Este valor representa la proporción de radiación solar que se convierte en energía térmica utilizable. Este valor se determina según la norma europea EN 12975 y puede encontrarlo en las fichas técnicas de los aparatos.
El cálculo del rendimiento de los colectores solares térmicos también tiene en cuenta los flujos de energía y las pérdidas de calor. Esto significa que no toda la luz que llega a las superficies puede utilizarse para generar calor (pérdidas ópticas). Además, una pequeña parte del calor generado por los colectores también se pierde (pérdidas de calor térmico).
Flujos de energía en el captador: A Irradiación en el captador E Absorbedor calentado por radiación
Pérdidas ópticas: B Reflexiones en el cristal C Absorción en el cristal D Reflexión en el absorbedor
Pérdidas térmicas: F Conducción térmica del material del colector G Radiación térmica del absorbedor H Convección
El nuevo tratamiento selectivo exclusivo e innovador protege los colectores contra el sobrecalentamiento gracias a materiales energéticamente eficientes. La técnica ThermProtect, patentada por Viessmann, autolimita la captación de energía solar cuando se alcanza una determinada temperatura. Por encima de 75 °C aproximadamente, la estructura cristalina cambia, aumenta significativamente la emisividad de calor en el absorbedor y se reduce la potencia del colector. De este modo, la temperatura máxima del colector es claramente más baja y se evita la formación de vapor en el circuito solar y la sobretemperatura.
Al reducirse la temperatura del colector, la estructura cristalina recupera su estado inicial, sin necesidad de ningún dispositivo ni suministro eléctrico adicional ni vaciado de la instalación, etc. De nuevo en este estado por debajo de 75 ºC aproximadamente, se absorbe más del 95 % de la energía solar que incide sobre el colector, que se transforma en calor. El cambio de la estructura cristalina es reversible de forma ilimitada y la función está disponible de forma duradera.
Viessmann contrarresta este fenómeno con un revestimiento absorbente especial: ThermProtect. Como parte del proceso, el absorbedor irradia cada vez más calor a medida que se calienta. Esto aumenta las pérdidas de calor del colector y, al mismo tiempo, la temperatura del colector sólo aumenta ligeramente y la temperatura de estancamiento se mantiene muy por debajo de los valores habituales. ¿Cómo funciona exactamente?
ThermProtect modifica la estructura cristalina de los colectores planos. Las propiedades ópticas también cambian a una temperatura de 75 grados Celsius. Esto significa que las temperaturas internas de los colectores no pueden superar los 145 grados Celsius. Cuando las temperaturas vuelven a bajar, la estructura cristalina vuelve a su estado original.
Por el contrario, en los colectores de tubos de vacío se utiliza el principio del tubo de calor para proteger el sistema contra el sobrecalentamiento. Si la radiación solar es demasiado alta y la transferencia de calor empieza a disminuir, se produce una desconexión por fases en función de la temperatura. Esto bloquea la condensación en el intercambiador de calor. El medio de transferencia de calor ya no puede licuarse y el calor deja de transportarse. La transferencia de calor sólo se reanuda cuando la temperatura en el interior del circuito solar ha descendido.