¿Qué es un colector solar? Tipos + para qué sirven

Un colector solar es un dispositivo que recoge la radiación solar y la usa para generar calor, ya sea para cocinar alimentos, calentar agua o generar electricidad.

Los colectores solares no son nuevos: se usan desde el siglo XVIII como hornos solares y desde el siglo XIX para generar vapor y electricidad.

¿Qué es un colector solar y para qué sirve?

Un colector solar es un dispositivo que recoge y/o concentra la radiación solar del Sol. Estos dispositivos se usan principalmente para el calentamiento solar activo y permiten calentar el agua para uso personal. Estos colectores se montan generalmente en el tejado y deben ser muy resistentes, ya que están expuestos a diversas condiciones meteorológicas.

El uso de estos colectores solares proporciona una alternativa para el calentamiento tradicional del agua doméstica mediante un calentador de agua, reduciendo potencialmente los costes energéticos a lo largo del tiempo. Además de en el ámbito doméstico, un gran número de estos colectores puede combinarse en un conjunto y utilizarse para generar electricidad en centrales solares térmicas.

Los colectores solares pueden ser no concentrados o concentradores. La diferencia entre ellos es que los colectores de concentración tienen un interceptor más grande que el absorbedor, mientras que los colectores de no concentración tienen ambos con el mismo tamaño. Los colectores solares planos y de tubo de vacío se utilizan para fines domésticos, como calefacción, agua caliente o refrigeración.

Tipos de colectores solares.

Un colector solar puede costar miles de millones de euros para llevar electricidad a ciudades enteras o menos de 100 euros para llevarlo de acampada. Pero la física detrás de la tecnología es más o menos la misma.

Hornos solares.

Antes de la llegada de las células fotovoltaicas para convertir la energía luminosa del Sol directamente en electricidad, los colectores solares absorbían el calor para cocinar los alimentos.

En 1768, el naturalista y físico ginebrino Horace de Saussure creó un horno solar que elevaba la temperatura hasta los 111ºC.

Los hornos solares se siguen usando hoy en día en todo el mundo como una forma práctica de cocinar alimentos sin electricidad ni combustión.

La madera y otros biocombustibles, como la turba, siguen siendo las principales fuentes de combustible para cocinar para casi la mitad de la población mundial. Sustituir la madera por hornos solares puede ayudar a evitar la deforestación: una sola cocina solar evita la tala de una tonelada de madera al año.

Cocinar con el calor del sol también reduce las emisiones de carbono procedentes de la quema de madera y reduce la contaminación del aire interior.

Calentadores de agua.

Los calentadores de agua solares suelen ser pequeños paneles negros montados en el tejado. Los paneles pueden confundirse con los paneles solares fotovoltaicos, pero los hogares suelen necesitar sólo uno o dos paneles para mantener un calentador de agua.

Los colectores solares también pueden configurarse como una serie de tubos colectores negros, que actúan en general de la misma manera: tanto los paneles como los tubos tienen materiales que absorben el calor y lo conducen al suministro de agua. A menudo, como en la foto, el calentador de agua está unido a paneles en el tejado para reducir la pérdida de calor y maximizar la presión del agua. Los calentadores de agua solares también pueden utilizarse para calentar piscinas.

Comercialmente, los calentadores de agua solares existen desde que Clarence Kemp introdujo el Climax en 1891. Pronto se hicieron populares, especialmente en climas soleados como California y Florida, pero la industria se vio paralizada por los incentivos de las compañías eléctricas para que los clientes se pasaran a los calentadores de agua de gas y eléctricos.

La reintroducción de los calentadores de agua solares puede combatir el cambio climático. Dependiendo de la zona climática, se calcula que los calentadores de agua solares pueden satisfacer más del 81% de la demanda anual de agua caliente de una región y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero procedentes del calentamiento del agua en más del 89%.

• Colectores de placa plana. Estos colectores son simplemente cajas metálicas que tienen algún tipo de acristalamiento transparente como cubierta sobre una placa absorbente de color oscuro. Los laterales y la parte inferior del colector suelen estar cubiertos de aislamiento para minimizar las pérdidas de calor hacia otras partes del colector. La radiación solar atraviesa el material transparente del acristalamiento y llega a la placa absorbente, que se calienta y transfiere el calor al agua o al aire que se mantiene entre el acristalamiento y la placa absorbente. A veces, estas placas absorbentes están pintadas con revestimientos especiales diseñados para absorber y retener el calor mejor que la pintura negra tradicional. Estas placas suelen estar hechas de un metal que es un buen conductor, normalmente cobre o aluminio.
• Colectores de tubos de vacío. Este tipo de colector solar usa una serie de tubos de vacío para calentar el agua que se va a utilizar. Estos tubos usan un vacío, o espacio evacuado, para capturar la energía del sol al tiempo que minimizan la pérdida de calor al entorno. Tienen un tubo metálico interior que actúa como placa absorbente, que está conectado a un tubo de calor para llevar el calor recogido del Sol al agua. Este tubo de calor es esencialmente una tubería en la que el contenido del fluido está sometido a una presión muy particular. A esta presión, el extremo «caliente» del tubo tiene líquido en ebullición mientras que el extremo «frío» tiene vapor en condensación. Esto permite que la energía térmica se mueva de forma más eficiente de un extremo a otro de la tubería. Una vez que el calor del Sol se desplaza desde el extremo caliente de la tubería de calor hasta el extremo de condensación, la energía térmica se transporta al agua que se calienta para su uso.
• Colectores solares de enfoque lineal. Estos colectores, a veces conocidos como cilindros parabólicos, utilizan materiales altamente reflectantes para recoger y concentrar la energía térmica de la radiación solar. Estos colectores están compuestos por secciones reflectantes de forma parabólica conectadas en un largo canal. En el centro de este canal se coloca una tubería que transporta agua, de modo que la luz solar recogida por el material reflectante se concentra en la tubería, calentando el contenido. Se trata de colectores de muy alta potencia, por lo que generalmente se utilizan para generar vapor para centrales termosolares y no se emplean en aplicaciones residenciales. Estos colectores pueden ser muy eficaces para generar calor a partir del Sol, sobre todo los que pueden pivotar, siguiendo al Sol en el cielo para asegurar la máxima recogida de luz solar.

Generación de electricidad residencial.

Entre los colectores de pequeña escala disponibles a escala residencial se encuentran el colector solar parabólico, que tienen la forma de una gran antena parabólica pero contienen espejos, no antenas.

Generan electricidad dirigiendo la luz solar hacia un motor Stirling. A diferencia de un motor de combustión interna o de una central térmica, como una central nuclear o de combustibles fósiles, un motor Stirling no emite gases de efecto invernadero ni libera vapor, por lo que pierde poca agua al producir electricidad. Y con pocas piezas móviles y sin emisiones, son seguros de usar en un patio trasero o en un tejado.

Más allá del beneficio directo de la reducción de emisiones, los recursos energéticos distribuidos, como los colectores solares locales, pueden ayudar a reducir los costes totales del sistema de generación y distribución de electricidad.

Como los colectores solares están cerca de la fuente de la demanda de electricidad, el coste de transmisión para llevar la electricidad a los clientes es mínimo o nulo.

Los propietarios de las viviendas pueden disfrutar de su independencia energética, almacenar su propia electricidad para mantener las luces encendidas incluso durante los cortes de electricidad, y reducir la necesidad de que las empresas de servicios públicos construyan nuevas líneas de transmisión para llevar la energía desde centrales eléctricas lejanas.

Colector solar a escala de servicios públicos.

A gran escala, los colectores solares se utilizan en plantas de energía solar concentrada (CSP) para producir cientos de megavatios de electricidad.

Usan un gran conjunto de espejos para dirigir la luz solar a una torre central que contiene colectores solares, generando así cantidades masivas de calor.

El calor produce vapor para accionar una turbina y crear electricidad. En un circuito cerrado, casi toda el agua utilizada para producir el vapor se enfría, se recupera y se reutiliza.

¿Cómo funciona un colector solar?

Imagina que tienes una caja de zapatos y decides pintarla de negro por dentro y luego cubres la parte superior con un plástico transparente. Si la dejas bajo el sol, notarás que se calienta por dentro mucho más que el aire de fuera. Eso se debe a que el color negro absorbe muy bien el calor del sol, y el plástico transparente deja pasar la luz del sol pero no deja que el calor se escape fácilmente. Esto es lo básico detrás de cómo funciona un colector solar.

Ahora, imagina que en lugar de una caja de zapatos, tienes una caja mucho más grande y especial diseñada para capturar aún más calor del sol. Dentro de esta caja grande, en vez de aire, hay tubos por los que pasa agua. La caja está pintada de negro y cubierta por un vidrio que hace el trabajo del plástico transparente, pero mejor.

Cuando la luz del sol pasa a través del vidrio, calienta todo lo que está dentro de la caja, incluidos los tubos con agua. Como el agua circula a través de estos tubos, se va calentando poco a poco gracias al calor que captura la caja. Luego, esta agua caliente se puede usar en tu casa para cosas como bañarte, lavar los platos o incluso ayudar a calentar la casa.

En resumen, un colector solar funciona capturando la luz del sol para convertirla en calor, que luego se transfiere al agua u otro fluido que pasa por tubos dentro del colector. Es como una súper caja de zapatos que utiliza el poder del sol para calentar cosas sin necesidad de electricidad o gas. ¡Es una forma genial y ecológica de aprovechar la energía solar!

Preguntas rápidas.

• ¿Qué es un colector solar? Un colector solar es un dispositivo diseñado para recoger la radiación solar y utilizarla para generar calor. Este calor puede utilizarse para diversos fines, como cocinar alimentos, calentar agua o generar electricidad.
• ¿Cuáles son los tipos de colectores solares? Existen varios tipos de colectores solares, incluidos los hornos solares, los calentadores de agua solares, y sistemas para la generación de electricidad residencial. Los colectores solares pueden ser no concentrados o concentradores, dependiendo de si el interceptor es más grande que el absorbedor o si ambos tienen el mismo tamaño.
• ¿Cómo funcionan los colectores solares para calentar agua? Los colectores solares para calentar agua suelen ser paneles negros montados en el tejado o una serie de tubos colectores negros. Estos dispositivos contienen materiales que absorben el calor y lo conducen al suministro de agua, ayudando así a calentar el agua para uso doméstico o para calentar piscinas.
• ¿Qué beneficios ofrece la utilización de colectores solares? La utilización de colectores solares ofrece numerosos beneficios, como la reducción de costes energéticos, la disminución de la dependencia de combustibles fósiles, y la contribución a la lucha contra el cambio climático. Los colectores solares permiten generar calor de manera eficiente, utilizando una fuente de energía renovable y limpia.
• ¿Se pueden usar colectores solares para generar electricidad en el hogar? Sí, los colectores solares también se pueden utilizar para generar electricidad a pequeña escala en el hogar, por ejemplo, mediante el uso de colectores solares parabólicos que dirigen la luz solar hacia un motor Stirling para producir electricidad de manera eficiente y con pocas emisiones.
• ¿Qué es un sistema de calefacción solar y cómo funciona? Un sistema de calefacción solar utiliza colectores solares para capturar la energía del sol y convertirla en calor, que luego se utiliza para calentar el interior de un edificio o el agua utilizada en él. Estos sistemas pueden reducir significativamente los costes de calefacción y son una forma sostenible de mantener calientes los espacios durante los meses más fríos.