Colectores Solares Térmicos BTE de Grado Comercial – Máximo Rendimiento para Sistemas de Agua Caliente Industrial

Componentes básicos para la utilización térmica solar de baja temperatura

Los colectores solares de placa plana son componentes esenciales para la utilización térmica solar de baja temperatura. Son componentes no concentradores en sistemas térmicos solares que reciben radiación solar y transfieren calor a un medio de transferencia de calor. Los colectores solares de placa plana consisten principalmente en un absorbedor de calor, una cubierta transparente, una capa aislante y una carcasa exterior. El absorbedor de calor es esencialmente una placa plana. Cuando un colector solar de placa plana está en funcionamiento, la radiación solar atraviesa la cubierta transparente y se proyecta sobre el absorbedor de calor, donde es absorbida y convertida en energía térmica. Este calor se transfiere luego al medio de transferencia de calor dentro del absorbedor, elevando su temperatura y proporcionando una salida de energía útil del colector.

Componentes y características

Los colectores solares de placa plana son componentes esenciales para el aprovechamiento térmico solar de baja temperatura y han sido durante mucho tiempo un producto líder en el mercado solar global. Se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones, como calentamiento de agua doméstica, calentamiento de piscinas, calentamiento de agua industrial, calefacción de edificios y aire acondicionado. Los colectores solares de placa plana consisten principalmente en un absorbedor de calor, una cubierta transparente, una capa aislante y una carcasa exterior. Un calentador de agua solar de placa plana es un calentador de agua que utiliza un colector solar de placa plana, y un sistema de calentamiento de agua solar de placa plana es un sistema de agua caliente que utiliza un colector solar de placa plana.

Se caracterizan por una construcción simple, una gran área de absorción de calor, alta resistencia a la presión, larga vida útil, resistencia a daños y facilidad de integración arquitectónica.

Placa absorbedora de calor

Este es el componente dentro de un colector solar de placa plana que absorbe la radiación solar y transfiere el calor al medio de transferencia de calor. Es esencialmente una placa plana. 

Estructura

Una placa absorbente de calor plana típicamente está dispuesta con tubos y colectores. Los tubos se colocan longitudinalmente en la placa absorbente de calor y forman la trayectoria del flujo de fluido; los colectores son los componentes que conectan varios tubos transversalmente en los extremos superior e inferior de la placa absorbente de calor, formando la trayectoria del flujo de fluido. Las placas absorbentes de calor pueden fabricarse con una variedad de materiales, incluyendo cobre, aleación de aluminio, compuesto de cobre y aluminio, acero inoxidable, acero galvanizado, plástico y caucho. Los tipos estructurales incluyen:

1. Tipo tubo-placa: Los tubos y la placa plana se conectan de una manera específica para formar una tira absorbente de calor, que luego se suelda a los colectores superior e inferior para formar la placa absorbente de calor. Este es el tipo más utilizado tanto a nivel nacional como internacional.

2. Tipo de tubo con aletas: Se forma una tira absorbente de calor con aletas unidas a cada lado de un tubo metálico mediante un proceso de extrusión y trefilado. Esta tira se suelda luego a los colectores superior e inferior para formar la placa absorbente de calor.

3. Tipo de caja plana: La placa absorbente de calor se forma a partir de dos placas metálicas separadas mediante estampado y luego se sueldan. Tipo serpentín: El tubo metálico se dobla en forma de serpentín y luego se suelda a una placa plana para formar una placa absorbente de calor. Este tipo de estructura se utiliza ampliamente en el extranjero.

Recubrimientos absorbentes solares

Para maximizar la absorción de la radiación solar y convertirla en calor, el absorbedor debe cubrirse con un recubrimiento oscuro, conocido como recubrimiento absorbente solar.

Los recubrimientos absorbentes solares se pueden dividir en dos categorías: no selectivos y selectivos. Los recubrimientos no selectivos son aquellos cuyas propiedades ópticas son independientes de la longitud de onda de la radiación; los recubrimientos selectivos son aquellos cuyas propiedades ópticas varían significativamente con la longitud de onda de la radiación.

Los recubrimientos absorbentes selectivos pueden prepararse mediante diversos métodos, como pulverización, métodos químicos, electroquímicos, evaporación al vacío y pulverización catódica por magnetrón. La mayoría de los recubrimientos absorbentes selectivos preparados con estos métodos pueden alcanzar una relación de absorción solar (RAS) superior a 0,90, pero sus rangos de emisividad alcanzables varían significativamente. Desde la perspectiva del rendimiento de emisividad, el orden de mérito entre estos métodos debería ser: pulverización catódica por magnetrón, evaporación al vacío, métodos electroquímicos, químicos y pulverización. Por supuesto, cada método tiene un rango específico de valores de emisividad, y la emisividad real de un recubrimiento depende del grado de optimización del proceso de preparación del recubrimiento.

Materiales

El cobre TP2 se utiliza para cabezales y tuberías derivadas. El cobre desoxidado con fósforo TP2 es una materia prima de alta pureza producida mediante fusión. El oxígeno generado en el cobre fundido se desoxida con fósforo (P) de afinidad por el oxígeno, reduciendo su contenido de oxígeno por debajo de 100 ppm. Esto mejora su ductilidad, resistencia a la corrosión, conductividad térmica, soldabilidad y trabajabilidad, al mismo tiempo que resiste la fragilización por hidrógeno a altas temperaturas. Características y aplicaciones: posee un contenido de oxígeno extremadamente bajo, alta pureza, excelente conductividad eléctrica y térmica, excelente ductilidad, baja permeabilidad al aire y mínima o nula fragilización por hidrógeno. También ofrece excelente trabajabilidad, soldabilidad, resistencia a la corrosión y resistencia al frío.

Placa de cubierta transparente

La placa de cubierta transparente es un componente en forma de placa transparente (o translúcida) que cubre la placa absorbente en un colector de placa plana. Tiene tres funciones principales: primero, transmite la radiación solar y la dirige hacia la placa absorbente de calor; segundo, protege la placa absorbente del polvo, la lluvia y la nieve; y tercero, crea un efecto invernadero, evitando que la placa absorbente disipe calor hacia el entorno circundante mediante convección y radiación cuando la temperatura aumenta. 

Material

Existen dos tipos principales: vidrio plano y fibra de vidrio. El vidrio plano es actualmente el más utilizado tanto a nivel nacional como internacional.

El vidrio plano tiene baja transmitancia infrarroja, baja conductividad térmica y excelente resistencia a la intemperie. Sin embargo, la transmitancia solar y la resistencia al impacto son dos consideraciones clave para el vidrio plano. Actualmente, el material de cubierta transparente más utilizado es el vidrio plano de 3-5 mm de espesor, el vidrio templado ultratransparente bajo en hierro o el vidrio templado texturizado ultratransparente bajo en hierro. Estos vidrios tienen alta transmitancia, son resistentes al granizo y al impacto, y son seguros y fiables. Los espesores comunes de vidrio son 3,2 mm y 4,0 mm. El vidrio ultratransparente es un tipo de vidrio ultratransparente y bajo en hierro, también conocido como vidrio bajo en hierro o vidrio de alta transparencia. Las láminas de PRFV (es decir, láminas de plástico reforzado con fibra de vidrio) tienen alta transmitancia solar, baja conductividad térmica y alta resistencia al impacto; sin embargo, para las láminas de PRFV, la transmitancia infrarroja y la resistencia a la intemperie son dos aspectos que requieren atención. La curva de transmitancia monocromática frente a la longitud de onda de las láminas de PRFV muestra que la transmitancia monocromática no solo tiene un valor alto dentro de 2 pm, sino que también tiene un valor alto por encima de 2,5 pm. Por lo tanto, la transmitancia solar de las láminas de PRFV generalmente supera 0,88, pero su transmitancia infrarroja también es mucho mayor que la del vidrio plano. Las láminas de PRFV pueden reducir el grado de daño causado por los rayos ultravioleta mediante el uso de resinas de alta energía de enlace y geles de cubierta. Sin embargo, la vida útil de las láminas de PRFV no puede compararse en modo alguno con la del vidrio plano, que es un material inorgánico. Las láminas de PRFV rara vez se utilizan como placas de cubierta para colectores y actualmente solo se emplean en algunos productos de baja gama.

Capa de Aislamiento

La capa de aislamiento es un componente del colector que evita que el calor del absorbedor se pierda hacia el entorno circundante por conducción. Los materiales utilizados para la capa de aislamiento incluyen lana de roca, lana de vidrio, poliuretano y poliestireno. Actualmente, la lana de vidrio es la más utilizada.

Materiales de Aislamiento de Alta Eficiencia

La Espuma Fenólica (PF) es un nuevo tipo de material aislante que puede mejorar la eficiencia de los colectores solares planos. Está siendo adoptada gradualmente por los fabricantes. La espuma fenólica es un plástico rígido de espuma de células cerradas fabricado mediante la espumación y curado de resina fenólica con una variedad de sustancias, incluyendo emulsionantes, agentes espumantes, agentes de curado y otros aditivos, a través de una fórmula científica.

Las características de la espuma fenólica se resumen a continuación:

1. Excelente rendimiento de aislamiento térmico, con una conductividad térmica de <0,03 W/m·K.

2. Alta temperatura de funcionamiento. La espuma fenólica puede funcionar durante largos períodos de tiempo a temperaturas entre -200 °C y 160 °C (con temperaturas transitorias de 250 °C permitidas) sin encogerse.

3. Excelente resistencia a la intemperie. Incluso bajo exposición prolongada a altas temperaturas, mantiene excelentes propiedades de aislamiento térmico y no libera ninguna sustancia volátil que pueda bloquear la radiación solar.

4. Ininflamabilidad. La espuma fenólica (de 100 mm de espesor) resiste las llamas durante más de una hora sin ser penetrada y no emite humo ni gases nocivos. Cuando se expone a llamas abiertas, la espuma fenólica forma una capa de carbono estructural en su superficie, evitando goteo, curvatura o fusión. Después de la combustión, se forma una capa de grafito de carbono estructural en la superficie, protegiendo eficazmente la estructura interna de la espuma.

5. Respetuosa con el medio ambiente. Utilizando tecnología de espumado sin flúor y sin fibras, cumple con los estándares ambientales nacionales e internacionales.

Espesor

El espesor de la capa de aislamiento debe determinarse en función de factores como el material utilizado, la temperatura de funcionamiento del colector y las condiciones climáticas de la zona de uso. Como regla general, cuanto mayor sea la conductividad térmica del material, mayor será la temperatura de funcionamiento del colector y menor la temperatura en la zona de uso, más gruesa debe ser la capa de aislamiento. Generalmente, la capa de aislamiento inferior tiene un espesor de 30-50 mm, y las capas de aislamiento laterales tienen un espesor aproximadamente igual.

Carcasa

La carcasa protege y asegura el absorbedor, la cubierta transparente y la capa de aislamiento dentro del colector. Según su función, la carcasa requiere un cierto nivel de resistencia y rigidez, un buen sellado y resistencia a la corrosión, y una apariencia estéticamente agradable. 

Los materiales utilizados para la carcasa incluyen aleación de aluminio, acero inoxidable, acero al carbono, plástico y fibra de vidrio. Para mejorar el sellado de la carcasa, algunos productos utilizan un proceso de moldeo por compresión de una sola inyección con acero al carbono. Actualmente, el material más utilizado para la carcasa (marco) de un colector de placa plana es la aleación de aluminio y el acero al carbono, formados mediante un proceso de moldeo por compresión de una sola inyección. 

Aleación de Aluminio: Se utilizan comúnmente perfiles de aleación de aluminio 6063T5. Las aleaciones de aluminio de la serie 6063 se utilizan ampliamente en los marcos de puertas, ventanas y muros cortina de aluminio en edificios. Para garantizar una alta resistencia al viento, rendimiento de ensamblaje, resistencia a la corrosión y propiedades decorativas, los requisitos de rendimiento integral para los perfiles de aleación de aluminio superan con creces los de los perfiles industriales.

En el panorama competitivo de la energía solar térmica, cada punto porcentual de eficiencia se traduce en un ROI tangible. Los colectores de placa plana de BTE están diseñados no solo para capturar la luz solar, sino para ofrecer fiabilidad a largo plazo y un menor LCOE (Costo Nivelado de la Energía) para la escala específica de tu proyecto.

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