Colector Solar

III.- COLECTORES DE PLACA PLANA
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III.1.- INTRODUCCIÓN
Un colector solar transforma la energía solar incidente en otra forma de energía útil. Difiere de un intercambiador de calor convencional en que en éstos se realizan intercambios térmicos entre fluidos con
elevados coeficientes de transferencia térmica, y en los que la radiación es un factor sin apenas importancia.En un colector solar, la transferencia térmica se realiza desde una fuente energética, (el Sol), a
un fluido, sin concentración de energía solar, por lo que el flujo incidente puede ser del orden de 1 kW/m2
variable con una serie de parámetros.
La gama de longitudes de onda que se aprovecha está comprendida entre 0,3 µm y 3,0 µm, que es
una franja de radiación considerablemente más pequeña que lade la radiación emitida por la mayoría de
las superficies que absorben energía.
El análisis de los colectores solares implica problemas particulares de flujos de energía, bajos y variables, así como una gran relevancia de los fenómenos de radiación. En los colectores de placa plana, la
superficie que absorbe la radiación solar es igual a la superficie que la capta. Se pueden diseñar colectores deplaca plana para trabajar con temperaturas de placa absorbente comprendidas entre 40°C y
130°C. Estos colectores utilizan tanto la radiación solar directa como la difusa, no requieren de sistemas
de seguimiento solar y prácticamente no precisan de mantenimiento. Sus aplicaciones van enfocadas a
sistemas de calentamiento de agua, calefacción de edificios y aire acondicionado.
El coste de la energíaobtenida en un colector de placa plana depende del rendimiento térmico del sistema, de su vida media y de los costes de fabricación.
III.2.- ECUACIÓN BÁSICA DEL BALANCE ENERGÉTICO EN COLECTORES DE PLACA
PLANA
Mediante un balance energético se puede hallar la distribución de la energía solar incidente sobre un
colector de placa plana, su transformación en energía útil y las pérdidas térmicas.
Estebalance energético se puede poner en la siguiente forma:
A I0 k τ s α sp = Qu + qpérdidas + qalmacenada = A k Is α s
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Fig III.1.-Estructura de un colector solar de placa plana

en la que:
A es la superficie del colector, igual en la cubierta que en la placa absorbente.
k es un factor de conversión de la radiación (difusa y directa), que sirve para evaluar la energía solar
incidente en elplano del colector.
τs es la transmitancia solar efectiva de la cubierta del colector

α sp es la absortancia solar de la placa absorbente del colector
Qu es el calor útil que se transfiere al fluido refrigerante que circula por el colector solar, de valor:
Qu = GF c pF ( Tsal - Tent ) = Ccol (Tsal - Tent )
siendo: Ccol la capacidad calorífica del fluido del colector
qpérd la cantidad de calorperdida desde la placa absorbente del colector al medio exterior, tanto por
convección, como por conducción y radiación; esta energía perdida lo es hacia arriba, hacia abajo y hacia
los laterales del colector
qalm es la energía almacenada en el colector
La energía solar incidente Is sobre la placa absorbente viene dada por la siguiente expresión:
I s = I0 τ s

;

I s α s = I 0 τ s α s = I 0 ( τ α)s

en la que (τ α) se calcula para la radiación directa con el ángulo real de incidencia, mientras que la radiación difusa se considera como si fuese directa, pero con un ángulo de incidencia de 60°.
El rendimiento del colector ηc que proporciona una medida de su funcionamiento se define como:
t2

ηc =

Ganancia útil durante cualquier período de tiempo
Energía solar incidente en el mismo período=

∫t

1

t2

∫t

1

qu dt

A I0 dt

Para obtener un resultado significativo, el rendimiento se tiene que calcular para todo un día de funcionamiento. En todo momento hay que compatibilizar el rendimiento óptimo del colector con un coste
mínimo del mismo, lo que implica el tener que diseñar colectores con una eficiencia inferior a la tecnológicamente posible, que reduce el coste de forma...