2 Componentes de la energa solarsistemas trmicos2.1 Cmo funciona un sistema de energa solar trmica?El colector solar montado en el techo convierte la luz que penetra en sus hojas de vidrio (radiacin de onda corta) en calor. Por tanto, el colector es el vnculo entre el sol y el usuario de agua caliente. El calor se crea por la absorcin de los rayos del sol a travs de un recubiertos oscuro, generalmente de metal, placa - el absorbedor. Esta es la parte ms importante del colector. En el absorbedor es un sistema de tubos llenos de un medio de transferencia de calor (por lo general agua o una mezcla de anticongelante). Este ocupa el calor generado. Recopilado en una tubera que fluye a la tienda de agua caliente. En la mayora de los sistemas de calentamiento solar de agua - con mucho, el tipo de sistemas trmicos solares ms comnmente utilizado - el calor se transfiere entonces al agua sanitaria por medio de un intercambiador de calor. El medio enfriado fluye entonces a travs de una segunda tubera de vuelta al colector mientras que el agua domstica caliente se eleva hacia arriba en la tienda. De acuerdo a su densidad y temperatura, un sistema estratificado est configurado en la tienda: el agua ms caliente est en la cima (de donde sale el tanque cuando los grifos estn encendidos) y el ms fro es en la parte inferior (donde el agua fra es alimentado in).En el centro y norte de Europa, as como en los EE.UU., Canad y otros pases, los sistemas solares trmicos operan con una mezcla de agua y glicol que circula en un circuito cerrado (circulacin forzada). Este sistema, que tiene un circuito solar separado del circuito de agua domstica, se denomina un sistema indirecto (vase la Figura 2.1). En algunos pases existen tambin sistemas con agua pura como medio de transferencia de calor (por ejemplo, los llamados sistemas drainback) o con la circulacin directa del agua domstica a travs del colector.El controlador slo se pondr en marcha la bomba del circuito solar cuando la temperatura en el colector es unos pocos grados por encima de la temperatura en la zona inferior de la tienda. De esta manera el lquido de transferencia de calor en el colector - de haber sido calentado por el sol - se transfiere al intercambiador de calor inferior, donde el calor se transfiere al agua domstica almacenada.En Australia, Israel y otros pases del Mediterrneo, as como muchos otros pases, especialmente con climas tropicales o subtropicales, los sistemas estn diseados con base en el principio de que el agua caliente sube. Son los llamados sistemas de termosifn, y el tanque de almacenamiento se encuentran casi siempre al aire libre, directamente encima del colector solar; ver Figura 2.2.Para climas templados, en un sistema solar para viviendas de uno y dos familiares con dimensiones de aproximadamente 0,6 a 1,0 m2 (6,46 a 10,76 m2) de superficie del colector por persona y aproximadamente 40 a 60 l (10.6-15.9 galones) de volumen de almacenamiento por persona, el agua se calienta en su mayora por el sistema solar en el verano. Esto proporciona un grado anual de cobertura (proporcin de la energa solar para la energa total requerida para el calentamiento de agua sanitaria) de aproximadamente 50 a 60%. El 40-50% restante tiene que ser cubierta por la calefaccin auxiliar. Para los sistemas de bombeo, esto se hace a menudo por medio de un intercambiador de calor adicional en la parte superior de la tienda. Otras soluciones son comunes para utilizar el calentador de agua solar como un precalentador y conecte el agua calentada por el sol a una caldera convencional, o (principalmente para climas soleados) para utilizar un elemento elctrico sumergido en la tienda.Otro factor decisivo en el establecimiento del nivel de energa suplementaria requerida es la meta de la temperatura del agua domstica en el controlador de la caldera. Cuanto menor sea esta se establece, por ejemplo 45 C (113 F), mayor es la proporcin de cobertura de la energa solar y, correspondientemente, ms baja es la proporcin de energa auxiliar, y viceversa. Sin embargo, en algunos pases, las regulaciones de agua caliente sanitaria suponen un lmite inferior de este ajuste de la temperatura, de 60 C (140 F).Los componentes individuales de los sistemas solares trmicos se introducen en las siguientes secciones.

2.2 ColectoresLos coleccionistas tienen la tarea de convertir la luz lo ms completamente posible en calor, y luego de transferir este calor con bajas prdidas en el sistema de aguas abajo. Hay muchos tipos diferentes y diseos para diferentes aplicaciones, todas con diferentes costos y actuaciones. Vea las figuras 2.3 y 2.4.Diferentes definiciones de zona se utilizan en la literatura de los fabricantes para describir la geometra de los coleccionistas, y es importante no confundirlos:n La superficie bruta (rea del colector) es el producto de las dimensiones exteriores, y define, por ejemplo, la cantidad mnima de rea del techo que se requiere para el montaje.n El rea de la abertura corresponde a la zona de entrada de luz del colector - es decir, el rea a travs de la cual la radiacin solar pasa a la propia colector.

n La zona absorbente (tambin llamado el rea del colector efectiva) corresponde a la zona del panel de absorcin real. Vea las Figuras 2.5 hasta 2.7.

Al comparar los colectores, la zona de referencia es importante - es decir, el rea de superficie desde la que se dibujan los valores caractersticos de la coleccin. En los mtodos de ensayo de colector, de acuerdo con la norma EN 12975, el rea de referencia es igual a cualquiera de la zona de apertura o la zona de absorcin.Para la produccin de energa, no es el rea del colector (bruto) que es crucial, pero la zona de absorcin. (La excepcin a esto es evacuado colectores de tubos con reflectores (ver seccin 2.2.3) En este caso la zona de recepcin -. Es decir, el rea de apertura -. Es crucial La radiacin que incide en esta zona se refleja al absorbedor.)2.2.1 coleccionistas sin esmaltarEl tipo ms simple de colectores solares son coleccionistas sin esmaltar. Estos no tienen acristalamiento o caja de coleccionista de aislamiento, de modo que se trate nicamente de un absorbente (ver tambin la seccin 2.2.2). Colectores no vidriados se pueden encontrar en diversas reas de aplicacin, pero se utilizan principalmente como un amortiguador de plstico para el agua de la piscina de calentamiento (vase el captulo 7). Tambin se encuentran a veces como un amortiguador de acero inoxidable recubierto de forma selectiva para el precalentamiento de agua para uso domstico. Este colector tiene un menor rendimiento a temperaturas de funcionamiento iguales que un colector de placa plana vidriada ya que carece de la cubierta de cristal, la vivienda y el aislamiento trmico. Por lo tanto, tiene mayores prdidas trmicas y slo se puede utilizar a temperaturas de funcionamiento muy bajos, pero debido a su construccin simple que es barato. Ver Tabla 2.1.

Ventajas del colector sin esmaltar:n El absorbedor puede sustituir a la piel del techo, el ahorro de una lmina de zinc, por ejemplo. Esto conduce a mejores precios de calor a travs de la reduccin de costos.n Es adecuado para una diversidad de formas de techo, incluyendo techos planos, techos inclinados y techos abovedados. Se puede adaptar fcilmente a las curvas ligeras.n Puede ser una solucin ms esttica para tejados de chapa que los colectores acristalamiento.Desventajas:n Debido a la menor rendimiento especfico, se requiere una mayor superficie de un colector plano.n Debido a las prdidas de calor ms altas, el aumento de la temperatura (por encima de la temperatura del aire) es limitada.2.2.2 ventanal colectores de placa plana2.2.2.1 DISEOCasi todos acristalamiento colectores de placa plana disponibles actualmente en el mercado constan de un absorbedor de metal en una carcasa rectangular plana. El colector est aislado trmicamente en su parte posterior y los bordes, y est provisto de una cubierta transparente en la superficie superior. Dos conexiones de las tuberas de suministro y de retorno del medio de transferencia de calor estn equipados, por lo general a un lado del colector. Ver Figura 2.8.

Sin la cubierta de vidrio, acristalamiento colectores planos pesan entre 8 y 12 kg por m2 (1,6 y 2,5 libras por m2) de superficie de colector; la cubierta de vidrio pesa entre 15 y 20 kg / m2 (3,1 y 4,1 libras por m2). Estos colectores se fabrican en varios tamaos de 1 m2 (10,76 pies2) a 12,5 m2 (134,55 m2), o ms grande en algunos casos.ABSORBERLa pieza central de un colector de placa plana vidriada es el absorbedor. Este consiste en una hoja de metal conductor del calor (hecho de cobre o aluminio por ejemplo, como una sola superficie o en tiras) con un revestimiento oscuro. Los tubos para el medio de transferencia de calor, que por lo general estn hechos de cobre, estn conectados de forma conductora al absorbedor. Cuando la radiacin solar golpea el absorbedor se absorbe principalmente y parcialmente reflejada. El calor se crea a travs de la absorcin y la llev a cabo en la hoja de metal para los tubos de medio de transferencia de calor o canales. A travs de estos tubos fluye el medio de transferencia de calor lquido, que absorbe el calor y lo transporta a la tienda. Una variante es el llamado absorbedor de amortiguador, que tiene toda la superficie de flujo pasante.La tarea de un colector solar es lograr el mayor rendimiento trmico posible. Por consiguiente, el absorbedor est provisto de una alta capacidad de absorcin de la luz y la posible emisividad trmica ms bajo. Esto se logra mediante el uso de un recubrimiento espectral selectivo. A diferencia de pintura de color negro, esto tiene una estructura en capas, que optimiza la conversin de la radiacin solar de onda corta en calor mientras se mantiene la radiacin trmica lo ms bajo posible. Ver Figura 2.9.

La mayora de las capas espectral selectivos tienen una tasa de absorcin de 90-95%, y una tasa de emisin de 5-15%. Recubrimientos selectivos comnmente utilizados consisten en cromo negro o nquel negro. Ver Tabla 2.2. Sin embargo, los ltimos avances en recubrimientos selectivos con caractersticas pticas mejoradas ofrecen actualmente en el mercado se han aplicado ya sea en un proceso de vaco o mediante pulverizacin. Estos procesos tienen un consumo de energa significativamente ms bajo y menor carga medioambiental durante la fabricacin en comparacin con el negro-nquel y negro-cromo recubrimientos, que por lo general se aplican por electrodeposicin. Adems, la ganancia de energa de estos absorbedores es mayor a temperaturas ms altas, o por lo bajos niveles de irradiancia solar, que la de absorbedores con recubrimientos de cromo-negro o negro-nquelTipo Ventaja DesventajaRoll-servidumbre de absorcin buenas propiedades trmicas, sin perjuicio de la corrosin del aluminiomateriales compuestos; simplifica en relacin con el tubo de cobreposterior reciclajeTiras absorbedor con prensado en alta flexibilidad en el tamao; Muchos puntos de soldadura baratostubo de cobre debido a mayor volumen deproduccinAbsorber con sistema de tubo de materiales No mixtos; simplifica elevado coste de produccin como la conexinpresionado entre las hojas de metal posterior reciclaje posible slo en la hoja de metal lisoAbsorber con transferencia de calor soldado-en el tubo muy flexible en el tamao y el flujo no es ptimatasa de sistemaCompleta de flujo continuo de acero inoxidable transferencia Buena calor al lquido de alto peso, inercia trmicaamortiguadorAbsorbedores Serpentina Slo dos puntos de soldadura en tubo de prdida de presin ms alta que el tuboregistro del sistemaRegistro de metro (la superficie completa prdida de presin inferior al de muchos puntos de soldadura en el sistema de tubo;absorbedor) absorbedor serpentina carosRegistro Tubo (absorbedor de paleta) prdida de presin inferior al de muchos puntos de soldadura en sistema de tuboabsorbedor de serpentina

RADIACIN Y LA INTERACCIN CON LA MATERIACuando la luz solar de onda corta (longitud de onda 0,3-3,0 pm) realiza un objeto, tal como una cubierta solar, se refleja ms o menos fuertemente de acuerdo con la estructura de la superficie (el material, rugosidad y color). Superficies blancas reflejan mucho ms que superficies oscuras. La proporcin de radiacin reflejada (especialmente para lunas de vidrio) tambin depende del ngulo de incidencia de la radiacin (ley de Fresnel). La parte restante es absorbida por el objeto o, por material translcido, se permite pasar parcialmente a travs. Por ltimo, la porcin absorbida se convierte en radiacin trmica de onda larga (longitudes de onda 3.0-30 pm) y radiadas de acuerdo con la estructura de la superficie.Estos procesos se describen fsicamente como los grados de reflexin, absorcin, transmisin y la emisividad de un cuerpo.

Como material para la placa de absorcin, el cobre posee la buena conduccin trmica requerida. La transmisin trmica entre la placa y el tubo absorbedor se lleva a cabo a travs de la mejor conexin conductora de calor posible.Otro factor para un gran rendimiento energtico es una capacidad calorfica baja, lo que permite una reaccin rpida al nivel constante cambio de la radiacin solar. Por absorbedores con canales de flujo de esta es menor (0,4 a 0,6 l de lquido de transferencia de calor por m2 (0.008-0.01 galones por m2) de superficie de absorcin) que para los amortiguadores de flujo de superficie completa, como por ejemplo los amortiguadores amortiguador con 1.2 l / m2 (0,02-0,05 litros / m2).AISLAMIENTOPara reducir las prdidas de calor al medio ambiente por conduccin trmica, la espalda y los bordes del colector estn aislados del calor.Como temperaturas mximas de de 150-200 C (302-392 P) (cuando est en reposo) son posibles, aislamiento de fibra mineral es la ms adecuada aqu. Es necesario tener en cuenta el adhesivo usado. Esto no debe vaporizarse a las temperaturas dadas, de lo contrario, podra precipitar en el panel de vidrio y poner en peligro la capacidad de transmisin de luz.Algunos coleccionistas estn equipados con una barrera para reducir las prdidas de conveccin. Esto toma la forma de una pelcula de plstico, tal como Teflon, entre el absorbedor y el panel de vidrio. En algunos pases los colectores se ofrecen con aislamiento trmico transparente debajo del panel de vidrio.

VIVIENDA Y CristalEl absorbedor y el aislamiento trmico se instalan en una caja y se encierran en la parte superior con un material que transmite la luz para la proteccin y para lograr el llamado efecto invernadero.Plstico de cristal o de vez en cuando se utiliza para la cubierta. Vidrio de baja ferroso (que es altamente transparente) se utiliza principalmente, en forma de cristal de seguridad, 3-4 mm(0.12-0.16 pulgadas) de espesor. El coeficiente de transmisin de luz es como mximo del 91%. Requisitos para la cubierta transparente son los siguientes (vase tambin el cuadro 2.3):n alta transmitancia de luz durante toda la vida til del colectorn baja reflexinn la proteccin contra los efectos de enfriamiento del viento y conveccinn proteccin contra la humedadestabilidad n con respecto a las cargas mecnicas (granizo, ramas rotas, etc.).Los primeros productos con recubrimientos especiales sobre el cristal para reducir los reflejos y aumentar as la eficiencia estn llegando al mercado internacional.SELLOSSellos impiden la entrada de agua, el polvo y los insectos. Las juntas entre el panel de vidrio y la carcasa consisten en EPDM (etileno propileno dieno monmero) o material de caucho de silicona. La pared trasera se sella a la estructura con silicio. Para la entrada de tubos, juntas de silicio o caucho fluorado son temperatura de aplicacin adecuado (mxima200 C (392 F)).

2.2.2.2 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN CRISTAL COLECTOR FLAT-PLACAVase la figura 2.10.La irradiancia (G0) realiza la cubierta de cristal. Aqu, incluso antes de que entre en el colector, una pequea parte de la energa (G1) se refleja en las superficies externas e internas del panel. La superficie revestida selectivamente del absorbedor tambin refleja una pequea parte de la luz (G2) y convierte la radiacin restante en calor. Con un buen aislamiento trmico en la parte trasera y en los laterales del colector utilizando materiales aislantes estndar, no combustible, como la lana mineral y / o CFC (clorofluorocarbono) lminas de espuma de poliuretano -free, las prdidas de energa a travs de la conduccin trmica (Q1) se reducen cuanto ms se pueda.La cubierta transparente en la parte frontal del colector tiene la tarea de reducir las prdidas de la superficie de absorcin a travs de la radiacin trmica y conveccin (Q2). Por este medio, se producen slo conveccin y radiacin prdidas de la hoja de vidrio interior climatizada a los alrededores.A partir de la energa solar irradiada (G0), debido a las diversas prdidas de energa G1, G2, Q1 y Q2, el calor restante (QA) es finalmente utilizable.

La eficiencia est influenciada por el diseo del colector: ms especficamente, se ve influido por la ptica determinada (G1 y G2) y trmica (Q 1 y Q 2) las prdidas (vase la figura 2.11).

Las prdidas pticas describen la proporcin de la irradiancia solar que no puede ser absorbida por el absorbedor. Ellos son dependientes de la transparencia de la cubierta de cristal (grado de transmisin, r) y la capacidad de absorcin de la superficie absorbente (grado de absorcin, a) y se describen por la eficiencia ptica: = (ra)Las prdidas trmicas son dependientes de la diferencia de temperatura entre el absorbedor y el aire exterior, en la insolacin, y en la construccin de la26 Planificacin e instalacin de sistemas solares trmicos Gua para instaladores, arquitectos e ingenieroscolector. La influencia de la construccin se describe por el coeficiente de prdida de calor, k (o valor k), que se mide en W / m2K.Como la diferencia de temperatura entre el absorbedor y el exterior aire aumenta, aumentan las prdidas de calor para una irradiacin constante, por lo que la eficiencia se reduce. Por tanto, es importante para el rendimiento de un sistema de energa solar trmica para asegurar una temperatura de retorno bajo y una alta irradiancia.

Ecuacin de la curva caracterstica y el coeficiente de prdida TRMICA La eficiencia de un colector puede, en general, ser descrito por: = Q AGdonde Q A es la potencia trmica disponible (W / m2), y SIG del incidente irradiancia en el panel de vidrio (W / m2).La potencia trmica disponible se calcula a partir de la irradiancia disponibles en el absorbedor, convertida en calor, menos las prdidas trmicas a travs de la conveccin, conduccin y radiacin:Q A = GA - Q Ldonde GA es la irradiancia disponible (W / m2), y Q L representa las prdidas trmicas (W / m2).La irradiancia disponible se obtiene matemticamente a partir del producto de: la irradiancia golpear el panel de vidrio, G; el grado de transmisin del vidrio, T; y el grado de absorcin del absorbedor, A:GA = GoaLas prdidas trmicas son dependientes de la diferencia de temperatura entre el absorbedor y el aire, AO. Para una primera aproximacin (para bajas temperaturas de absorcin) esta relacin es lineal, y puede ser descrita por el coeficiente de prdida de calor, k (W / m2K):Q L = KaeSi los distintos valores se sustituyen en la ecuacin anterior, se obtiene para la eficiencia del colector: GOA - Kae =G

Kae - G

A temperaturas ms altas de absorcin de las prdidas trmicas ya no aumentan linealmente con la diferencia de temperatura, sino que aumentan ms fuertemente (por el poder de 2) como un resultado del aumento de la radiacin trmica. Por tanto, la lnea caracterstica tiene cierta curvatura y la ecuacin en una aproximacin de segundo orden es:

= C0 - k1 -k22G G

donde k1 es el coeficiente de prdida de calor lineal (W / m2K), y k2 es el coeficiente de prdida de calor cuadrtica (W / m2K2). En la literatura un valor keff tambin a veces se da. Esto se calcula a partir de los valores de K1 y K2:keff = k1 + k2cuando valores k se discuten en las siguientes secciones del valor k1 se refera.

VALORES NUMRICOSLos nmeros caractersticos indicados son los criterios para comparar las cualidades de diferentes colectores. Buenas acristalamiento colectores de placa plana con absorbedores-espectrales selectiva tienen una eficiencia ptica, q0, mayor que 0,8 y un valor k de menos de 3,5 W / m2K.La eficiencia promedio anual de un sistema completo con acristalamiento colectores de placa plana es de 35-40%. Con una cantidad anual de radiacin solar de 1.000 kWh / m2 (como en el centro de Europa) esto corresponde a un rendimiento energtico de 350 a 400 kWh / m2a. En los climas ms soleados, la radiacin puede aumentar a ms de 2.200 kWh / m2 y el correspondiente rendimiento energtico del sistema puede entonces superar 770-880 kWh / m2a. Estos rendimientos asumen un sistema sensiblemente dimensionada y el consumo correspondiente.VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE acristalada Ventajas colector plano-PLACA:n Es ms barato que un colector de vaco (vase la seccin 2.2.3).n Ofrece mltiples opciones de montaje (en el tejado, integrados en el techo, fachada de montaje e instalacin gratis).n Tiene una buena relacin precio / rendimiento.n Tiene buenas posibilidades de (kits de construccin del colector) do-it-yourself montaje.Desventajas:n Tiene una menor eficiencia que los colectores de vaco, porque su valor k es mayor.n Un sistema de apoyo es necesario para el montaje (con anclaje o contrapesos) cubierta plana.n No es adecuado para la generacin de temperaturas ms altas, segn sea necesario para, por ejemplo, la generacin de vapor o para el suministro de calor a las mquinas de refrigeracin de tipo absorcin.n Se requiere ms espacio en el techo de los colectores de vaco hacen.2.2.2.3 DISEOS ESPECIALESCOLECTORES hecho a medidaAdems de los formatos estndar, diferentes fabricantes tambin ofrecen los colectores que se entregan ya sea a medida en la obra o montado en el techo. De esta manera las soluciones son posibles, incluso si los mdulos estndar no se pueden utilizar debido a las condiciones del techo. Adems de la forma rectangular habitual, diferentes dimensiones, por ejemplo, diseos triangulares, se pueden realizar (por ejemplo Buschbeck Solar).

COLECTORES EN LA PANTALLA DE LA LNEA DE DIMENSIN TRAGALUCESEn la actualidad, varios fabricantes ofrecen colectores planos de placa (y paneles fotovoltaicos) en el conjunto de la claraboya de sus productos ventana. Los resultados de la superficie de manera uniforme acristaladas en un aspecto uniforme del techo (por ejemplo, Roto, Schco, Velux, Sunrain, Alternate Energy Technologies LLC).

COLECTORES DE ALMACENAMIENTO / SISTEMAS DE COLECTOR DE CONSERVACIN INTEGRAL (ICS) o sistemas de lote (Fuente: Departamento de Energa de EE.UU.)Aqu la tienda colector y el agua forman una unidad de construccin. El seguimientocomponentes se omiten: Intercambiador de calor, tuberas para el circuito, el controlador y la circulacin de la bomba solar. El colector de almacenamiento se instala directamente en la lnea de suministro de agua. El recalentamiento se lleva a cabo de manera eficiente por un calentador de agua instantneo trmicamente regulado (gas o elctrico). La compacidad del colector de almacenamiento ofrece unainteresante solucin para aplicaciones especiales, por ejemplo, para las casas de fin de semana (Fabricante: Solarpower GmbH, Plauen / Sajonia, SunEarth Inc., Haining Maxsun calentador de agua solar Co., Ltd).

COLECTOR HYBRIDColectores hbridos se pueden realizar como una combinacin de paneles solares (PV) con colectores de base lquida, as como con colectores basados en aire. La combinacin con paneles solares es razonable, ya que durante la conversin de la electricidad solar slo alrededor del 12% (con silicio cristalino) de la radiacin solar se convierte en energa elctrica, mientras que el resto se convierte en calor. Este calor se utiliza en el colector hbrido a cualquiera de calentar un lquido o de aire (vase la Seccin 8.2.1.8).Aqu, las clulas solares estn dispuestas elctricamente en forma aislada en la superficie de un lquido (o aire) se enfri absorbedor, con la que estn conectados trmicamente. Los rendimientos elctricos son aproximadamente los mismos que los sistemas fotovoltaicos convencionales, y los rendimientos trmicos estn dentro del rango de colectores sin recubrimiento selectivo. El problema central con colectores hbridos es la carga alta y en parte ms persistente temperatura de las clulas solares en el caso de estancamiento. Colectores hbridos en combinacin con paneles fotovoltaicos se producen actualmente en Alemania por los fabricantes de Grammer Solar GmbH (PV-aire, relacionados con el proyecto) y solarhybrid AG (PV-Fluid). Fabricantes no alemanes incluyen Aidt Medio ambiente A / S Calefaccin Solar (DK) y Conserval Engineering, Inc. (CAN).

La compaa ERSOTEC Solartechnik GmbH en Berln desarroll un colector hbrido, que combina la transferencia de calor del aire de los medios y de fluidos. Dado que el aire se calienta ms rpido que el agua y en un nivel bajo de temperatura puede ser utilizado para la construccin de la calefaccin, el tiempo de funcionamiento de los aumentos de colector junto con el rendimiento energtico del colector (hasta 750 kWh / m2a).

2.2.3.1 tubos de vacoPara reducir las prdidas trmicas en un colector, cilindros de vidrio (con absorbentes internos) son evacuados de una manera similar a termos (Figura 2.17). Con el fin de suprimir completamente las prdidas trmicas a travs de la conveccin, el volumen encerrado en los tubos de vidrio debe ser evacuado al menos a 10-2 bar (1 kPa). Evacuacin adicional evita las prdidas por conduccin trmica. Las prdidas por radiacin no pueden reducirse mediante la creacin de un vaco, ya que ningn medio es necesario para el transporte de la radiacin. Ellos se mantienen bajos, como en el caso de acristalamiento colectores de placa plana, por recubrimientos selectivos (pequeo valor ). Las prdidas de calor al aire circundante por lo tanto, se reducen significativamente. Incluso con una temperatura del absorbedor de 120 C (248 F) o ms del tubo de vidrio permanece fra en el exterior. La mayora de los tubos de vaco son evacuados hasta 10.5 bar.

Amortiguador, VIDRIO TUBO, colector y distribuidor CAJASPara los colectores de tubos de vaco, el absorbedor se instala ya sea como tiras metlicas planas o hacia arriba-abovedados o como un revestimiento aplicado a una ampolla de vidrio interna en un tubo de vidrio evacuado. Las fuerzas resultantes de la vaco en el tubo son muy fcilmente absorbidos por la alta resistencia a la compresin de la forma tubular.Un colector de tubos de vaco consiste en una serie de tubos que se conectan entre s y que estn vinculados en la parte superior por un distribuidor aislado o caja de coleccionista, en el que la alimentacin o de retorno lneas corren. En la base de los tubos estn montados en un riel con soportes de tubos. Hay dos tipos principales de colector de tubos de vaco: el tipo de flujo continuo directa y el tipo de calor-pipa.DIRECTO flujo continuo EVACUADOS colectores de tubosEn este diseo (Figura 2.18) del medio de transferencia de calor o bien se condujo a travs de un sistema de tubo en tubo (tubo coaxial) a la base de la ampolla de vidrio, en donde fluye de nuevo en el flujo de retorno y por lo tanto ocupa el calor de la altamente absorbente espectral selectivo, o que fluye a travs de un tubo en forma de U.Circulacin directa colectores de tubos de vaco puede ser orientado hacia el sur, pero tambin se puede montar en posicin horizontal sobre un techo plano.

Un diseo particular de flujo a travs del colector de tubos de vaco directo comercializado en algunos pases es el colector Sydney (Figura 2.19). El tubo colector consta de un doble tubo de sellado al vaco. La ampolla de vidrio interior est provista con una capa selectiva de un compuesto de carbono de metal sobre una base de cobre. En este doble tubos de vaco se enchufa una placa conductora trmica en relacin con un tubo en U a la que se transfiere el calor. Varios tubos se combinan en un mdulo (entre 6 y 21, de acuerdo con un proveedor). Para aumentar la radiacin ganar el colector est equipado con reflectores externos en la versin de techo inclinado. La versin de techo plano requiere un fondo claro, como grava o lmina reflectante, ya que no tiene reflectores

Heat-pipe EVACUADOS colectores de tubosEn este tipo de colector de una tira absorbente recubierto selectivamente, que est unido metlicamente a un tubo de calor, est enchufado en el tubo de vidrio evacuado. El tubo de calor est lleno de alcohol o agua en el vaco, que se evapora a temperaturas tan bajas como 25 C (77 F). El vapor se produce por lo tanto se eleva hacia arriba. En el extremo superior del tubo de calor el calor liberado por la condensacin del vapor se transfiere a travs de un intercambiador de calor (condensador) para el medio de transferencia de calor a medida que fluye por. El condensado fluye hacia abajo en el tubo de calor para tomar el calor de nuevo. Para el funcionamiento adecuado de los tubos que se deben instalar en una pendiente mnima de 25 .Tubo de calor colectores de tubos de vaco se ofrecen en dos versiones, una con una seca y otra con una conexin mojado. Para el tipo seco (Figura 2.20), el condensador rodea completamente el colector, y proporciona un buen enlace de transmisin de calor a un intercambiador de calor de doble tubo: La transferencia de calor tiene lugar desde el condensador a travs de la pared del tubo al medio de transferencia de calor. Esto permite que los tubos defectuosos para ser intercambiados sin vaciar el circuito solar.

Por la conexin hmedo (Pigure 2.21) el condensador se encuentra inmerso en el medio de transferencia de calor. Si los tubos tienen que ser intercambiado, es necesario al menos vaca el dispositivo de recogida en la parte superior.El fabricante del Reino Unido Thermomax ha diseado un sistema de limitacin de temperatura de estancamiento, en el que un resorte con memoria se utiliza para cerrar el condensador desde una temperatura de 130 C (266 P) y por lo tanto trmicamente desacoplar el sistema desde el dispositivo de recogida.

VALORES NUMRICOSLa eficiencia ptica de colectores de tubos de vaco es algo menor que la de acristalamiento colectores de placa plana, debido a la forma de tubo (~ 0 = 0,6 a 0,8), pero debido a la mejora del aislamiento trmico, el valor k es inferior a 1,5 W / m2K.La eficiencia promedio anual de un sistema completo con colectores de tubos de vaco es de entre 45% y 50%. Con una irradiacin solar anual de 1.000 kWh / m2 (como en el centro de Europa) esto corresponde a un rendimiento energtico de 450 a 500 kWh / m2a. Estos rendimientos asumen dimensionamiento apropiado del sistema.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN COLECTOR Ventajas de tubos de vaco:n Se logra una alta eficiencia incluso con grandes diferencias de temperatura entre absorbedor y alrededores.n Se logra una alta eficiencia con baja radiacin.n Es compatible con aplicaciones de calefaccin de espacio con mayor eficacia que hacer acristalamiento colectores de placa plana.n Se logra altas temperaturas, por ejemplo para la generacin de vapor o aire acondicionado.n Se puede transportar fcilmente a cualquier ubicacin de la instalacin debido a su bajo peso; a veces, el colector se monta en el lugar de instalacin.n Al girar las bandas de absorcin (en la fbrica o en el montaje) que se puede alinear hacia el sol (slo es relevante para algunos productos).n En forma de tubos directa a travs de flujo puede ser montado horizontalmente sobre un techo plano, por lo tanto, proporcionando menos carga de viento y menores costos de instalacin. De esta manera la penetracin de la piel del techo se evita.Desventajas:n Es ms caro que un colector de placa plana vidriada.n No se puede utilizar para la instalacin en el tejado.n No se puede utilizar para la instalacin horizontal para sistemas de tuberas de calor (inclinacin debe ser de al menos 25 ).

2.2.4 Accesorios de coleccionistaLos cobradores no pueden instalarse sin materiales adicionales. Ellos son:n de sobre-techo de la instalacin: ganchos de tejado, ladrillos especiales, rieles, ventilacin azulejosn para la instalacin en el tejado: Marcos cubriendon para cubierta plana o instalacin libre: refuerzos, contrapesos, portadores.Para obtener ms informacin, consulte el Captulo 4.

2.2.5 Colector curvas y aplicaciones caractersticasLa figura 2.22 muestra las curvas de eficiencia tpicos y reas de aplicacin con el mismo irradiancia solar global para los siguientes tipos de colectores: natacin absorbedor piscina, acristalada colector de placa plana, y el colector de tubos de vaco. En AO = 0 cada tipo colector est en su ms alta eficiencia ('0). En su temperatura mxima - esto es, cuando ha alcanzado su temperatura de estancamiento - la eficiencia es igual a cero.

Temperatura 2.2.6 EstancamientoSi la bomba de circulacin falla en caso de fuerte irradiacin solar, o si - por ejemplo, en tiempos de vacaciones - no hay agua caliente se utiliza para que la tienda est caliente (60-90 C; 140 a 194 F) y los interruptores del sistema off, no ms de calor se extrae del colector. En esta situacin el absorbedor se calienta hasta que las prdidas de calor por conveccin, radiacin de calor y la conduccin de calor llegan a la salida trmica del absorbedor. Cuanto mayor sea la insolacin, mayor es la temperatura de estancamiento. Bien aisladas acristaladas colectores planos alcanzar temperaturas mximas de estancamiento de 160 a 200 C (320-392 F), colectores de tubos de vaco 200 a 300 C (392 a 572 F), o - con un reflector - tanto como 350 C (662 F).

GENERACIN DE VAPOR CON flujo continuo EVACUADOS colectores de tubosLa generacin de vapor de agua en tuberas de conexin es mucho ms pronunciada para los colectores de tubos de vaco que para acristalamiento colectores de placa plana. En los tubos de conexin, los procesos de transporte de calor por conveccin se producen en la fase lquida-vapor. Por lo tanto el medio de transferencia trmica se convierte a la condicin de vapor en una gran seccin de la tubera de conexin. Esta condicin, que puede ser particularmente importante para las tuberas cortas, como en las unidades de calefaccin del techo centrales, tiene las siguientes consecuencias:Todos los materiales en el circuito solar deben ser verificados con respecto a los mayores requisitos de condicin de estancamiento (materiales de aislamiento, soldaduras, sensores de temperatura). La tecnologa de conexin debe ser compatible con las temperaturas en el circuito solar, 160 C (320 F) o ms. Soldadores blandos no pueden por lo tanto ser utilizados. Vasos de expansin no deben instalarse en las proximidades de colectores de tubos: ms tiempo y las lneas de suministro noninsulated deben proporcionar al recipiente de expansin. El volumen adicional de vapor de agua en otras partes del circuito solar debe tenerse en cuenta al dimensionar el recipiente.Para tubos heat-pipe la carga trmica es significativamente ms bajo, como el desacoplamiento trmico entre el tubo y el colector tiene lugar a temperaturas de no ms de 150 C (320 F) .El contenido entero entonces ha vaporizados, y ninguna transmisin de calor adicional se lleva a cabo .

2.3 almacenes de calorLa energa suministrada por el sol no se puede influir, y rara vez coincide con los momentos en que se requiere calor. Por lo tanto el calor solar generada debe ser almacenado. Sera ideal si este calor se podra ahorrar a partir del verano al invierno (tienda de temporada) para que pudiera ser utilizado para la calefaccin. En algunos pases, como Suiza, esto ya se ha hecho desde hace varios aos en casas de baja energa con tiendas de agua caliente de varios m3 en reas volumen y de superficie de colector de varias decenas de metros cuadrados. Hay tiendas que almacenan calor qumicamente, actualmente disponibles como prototipos, los cuales deben estar disponibles en el mercado en un futuro prximo. Incluso para el almacenamiento a corto plazo en uno o dos das, al puente sobre las variaciones climticas, los acontecimientos siguen teniendo lugar.Distinguimos tiendas de calor de acuerdo con la solicitud, la resistencia a la compresin y el material (Tabla 2.5).

2.3.1 Materiales de AlmacenamientoTanques sin ventilacin se ofrecen en acero inoxidable, esmaltados o de acero o cobre recubierto de plstico. Depsitos de acero inoxidable son comparativamente ligero y libre de mantenimiento, pero mucho ms caros que los tanques de acero esmaltado. Adems, el acero inoxidable es ms sensible al agua con un alto contenido de cloruro. Tanques esmaltadas deben estar equipados con un nodo de magnesio o galvnica externa por razones de proteccin de la corrosin (huecos o grietas en el esmalte). Tambin se ofrecen depsitos de acero recubiertos de plstico barato. Su recubrimiento debe estar libre de poros, y son sensibles a temperaturas superiores a 80 C (176 F). Tanques plsticos ventilados son igualmente sensibles a las temperaturas ms altas. En el Reino Unido, el material predominante para los tanques es de cobre. Las ventajas de cobre son su ligereza y la facilidad de fabricar en diferentes tamaos.

2.3.2 tiendas de agua caliente sanitariaFigura 2.24 muestra un ejemplo de una tienda solar sin ventilacin, como a menudo utilizado en climas templados. Tiene las siguientes caractersticas:n dos intercambiadores de calor para dos fuentes de calor (bivalentes): un intercambiador de calor solar y un intercambiador de calor adicional para una caldera de calefaccinn conexin directa con el suministro de agua fran tanque de presin 4-6 bar (58-87 psi) de presin de funcionamiento.

Ejemplos de volmenes tpicos de las tiendas son:n el Reino Unido: 150-200 l (39.6-52.8 galones)n Alemania: 300-500 l (79.3-132.1 galones) en el segmento de la casa de uno y de dos familias del mercadon EE.UU.: 50-100 galones (aprox de 200-400 l)n Australia: 300-400 l (79.3-105.7 galones) para 3-4 personas.Ver tambin el captulo 3, seccin 3.5.2.4. Tiendas ms grandes pueden tardar hasta una mayor cantidad de energa, pero para reas de superficie de colector constantes pueden conducir a un aumento de encendido frecuencias de la caldera de calefaccin cuando la tienda no es estratificado debido a que el nivel de temperatura en el tanque es inferior a la de un tanque ms pequeo.Cuando el almacn contiene agua para el consumo, se debe tener cuidado de precipitacin de cal a temperaturas superiores a 60 C (140 F), que pueden bloquear la superficie del intercambiador de calor (ver seccin 2.3.5). Por otra parte, los residuos de cal se depositan gradualmente en la base de la tienda.Hay varias caractersticas de diseo que tienen un impacto significativo sobre la idoneidad de una tienda de calor solar. Estos se describen a continuacin.2.3.2.1 estrechez de la TIENDA DE AGUA CALIENTEDebido a las variaciones a corto plazo en la irradiacin, la tienda solar debe ser capaz de contener el consumo de agua caliente de aproximadamente uno a dos das. Cada vez que un grifo se enciende, el agua fra fluye hacia la zona inferior de la tienda, por lo que el agua fra, templada y caliente se encuentran en la tienda al mismo tiempo. Debido a las diferentes densidades, una

temperatura formas de efecto de estratificacin. El agua caliente 'ligero' recoge en la parte superior, el "pesado" de agua fra en la parte inferior del tanque. Este efecto de estratificacin tiene un efecto positivo en la eficiencia de un sistema solar.Tan pronto como el agua caliente se extrae, el agua fra fluye en: esto no debe mezclarse con el agua caliente. El ms delgado y ms alto de la tienda, ms pronunciado ser el estratificacin de la temperatura ser. Almacenes verticales tienen el mejor estratificacin; la relacin altura-dimetro recomendado para la estratificacin ptima es de al menos 2,5: 1. La zona ms fra posible menor asegura que, incluso con baja irradiancia, el sistema solar puede seguir funcionando con una alta eficiencia en un nivel bajo de temperatura (ver Figura 2.25).Al instalar tiendas delgados, puertas estrechas rara vez causan problemas; Sin embargo puede haber problemas con la altura total (la dimensin inclinada Debe tenerse en cuenta). Lo que es importante es la altura libre en la ubicacin de la instalacin, como tubos de calefaccin, tuberas de drenaje de agua y similares pasan con frecuencia por debajo del techo.No todos los productos siguen el razonamiento anterior. En muchos pases, los calentadores de agua solares se venden que utilizan almacenes horizontales. Estas tiendas tienen menos estratificacin. Algunos de estos sistemas se venden con elementos elctricos sumergidos como calefactor auxiliar. Tales elementos elctricos son sensibles slo en climas clidos donde se utilizan para, a lo sumo, uno o dos meses al ao. En estos sistemas de todo el tanque puede calentar cuando se activa el elemento elctrico, destruyendo la eficiencia solar.

La temperatura y la ENERGA CONTENIDO DE UNA TIENDAConsideremos una tienda solar 300 l en el que, despus de la carga y el consumo de agua caliente, el sistema de capas de temperatura mostrado en la figura 2.25 se ha acumulado como resultado de su construccin esbelta. El contenido de energa de este tanque a una temperatura del agua fra de 15 C es:Q = mcwdonde Q es la cantidad de calor (Wh), mal la masa (kg), cw es el calor especfico del agua = 1,16 Wh / kgK, y AE es la diferencia de temperatura (K).Q = 100 kg x 1,16 Wh / kgK 0 K + 100 kg x 1,16 kWh / kgK 15 K + 100 kg x 1,16 Wh / kgK 45 K = 6.960 WhSi el mismo contenido de energa se carga en una tienda que no pueden formar capas habr una temperatura de la mezcla uniforme de:En este caso se requiere calentamiento adicional en el rea de espera de la tienda (Figura 2.26); sin embargo, en la primera instancia 100 l de 60 C o 150 l de 45 C el agua se puede extraer. El clculo de las temperaturas de mezclado es posible usando la siguiente ecuacin:

2.3.2.2 BAFFLE PLACA EN FRO DE ENTRADA DE AGUACuando se abre un grifo, el agua fra fluye en el tanque. Para evitar la mezcla entre el agua fra y el agua caliente todava en el tanque, se utiliza a menudo una placa deflectora.2.3.2.3 EXTRACCIN DE AGUA CALIENTECon tiendas sin ventilacin convencionales, el agua caliente se toma a menudo fuera de la parte superior. Despus de que el agua se ha llevado a cabo, la situacin del agua caliente en las tuberas enfra de nuevo. El agua enfriada se cae en las capas superiores del tanque (single circulacin tubo). Esto provoca la destruccin del efecto de estratificacin, y las prdidas de calor en el orden de magnitud de hasta el 15% de las prdidas totales del almacn (Figura 2.27). Un mejor sistema es aquel en el que el tubo para la salida de agua caliente es conducido dentro de la tienda desde la parte superior a la parte inferior a travs de una brida inferior o fuera de la tienda hacia abajo dentro del aislamiento trmico. De esta manera se evitan las prdidas de calor a travs del aislamiento trmico perturbado en la zona ms caliente. Por lo menos el flujo de salida de agua caliente - si se llev a un lado a travs del aislamiento de calor - debe ser provisto de un codo de tubo 180 (sifn).

2.3.2.4 INTERCAMBIADORES DE CALOR Y SUS CONEXIONESLo ideal sera que las conexiones del intercambiador de calor para el circuito de calefaccin solar y adicionales deben ser instalados con 180 de dos codos de manera que las prdidas de calor a travs de las conexiones se reducen. La posicin del intercambiador de calor adicional en la zona superior de la tienda garantiza un calentamiento rpido hasta del volumen de espera (requerimiento diario), sin la eliminacin de la posibilidad de ser capaz de almacenar incluso pequeas cantidades de la energa del sol de manera efectiva en la zona ms fra del tienda. El intercambiador de calor del circuito solar debe llegar lo ms lejos posible hacia abajo en la tienda, de modo que el contenido del tanque se pueden calentar derecha hasta la base del tanque.2.3.2.5 AISLAMIENTO DE LA TIENDAUn buen aislamiento de calor es esencial para una tienda solar eficiente, y esto incluye el suelo del tanque. Debe encajar bien todo (de lo contrario no habra prdidas por conveccin), y consisten en CFC y materiales libres de PVC (espuma de resina de melamina y polietileno (PE) de la chaqueta, por ejemplo), con una conductividad trmica, X