Un nuevo sistema de captación solar térmica de alta eficiencia basado en el vacío que permite alcanzar temperaturas muy altas
Para las aplicaciones térmicas que requieran bajas temperaturas de entre 60ºC y 90ºC existen desde hace muchos años, colectores solares de tecnología de placa plana o de tubo de vacío, que resultan excelentes.
Sin embargo, para aplicaciones que en se requieran temperaturas más altas, estas tecnologías generalmente aportan tan solo una base térmica (un precalentado), sobre la cual aportar otra fuente de calor hasta llegar a las temperaturas requeridas.
Existe no obstante, una tecnología solar de reciente aparición en el mercado que es capaz de proporcionar temperaturas medias adecuadas para muchas de las aplicaciones industriales, se trata del colector de Ultra Alto Vacío de la empresa SRB Energy. Este colector materializa un ejemplo de transferencia tecnológica que se hace de un Instituto de Investigación teórico pionero a nivel mundial, como es el CERN, a aplicaciones prácticas.
Los colectores de Ultra Alto Vacío permiten alcanzar temperaturas de estancamiento de hasta 450 ºC y trabajar con altos rendimientos a temperaturas de 200ºC sin necesidad de seguimiento solar. Además a estos colectores se les puede aplicar diferentes dispositivos reflectantes, lo que permite alcanzar temperaturas aún mayores y emplearlos en un mayor número de aplicaciones.
El origen de la tecnología del colector
El inventor del colector solar de ultra alto vacío fue el Doctor Cristoforo Benvenuti hace aproximadamente 30 años. Para ello aprovecho varios de los avances tecnológicos de los aceleradores del CERN (Organización europea de investigaciones nucleares), centro con sede en Suiza en la cual trabajaba.
Los prototipos de estos colectores fueron probados en condiciones reales en los tejados de las instalaciones del CERN durante muchos años, en los cuales fueron mejorándose hasta que en el año 2003, la tecnología fue patentada. En el año 2005 se creo una compañía de nombre SRB Energy, que se encargaría de fabricarlo en masa y comercializarlo. Esta empresa cuenta con sedes en Almusafes, Valencia (España) y Ginebra, (Suiza)
Características del colector solar de Ultra Alto Vacío
Las claves tecnológicas que permiten al colector solar de Ultra Alto Vacío alcanzar tan altas temperaturas de trabajo con tan buen rendimiento hay que buscarlos en los siguientes puntos.
Alto vacío aplicado a un panel plano- La gran novedad de este colector es la aplicación de un ultra alto vacío de hasta los 10 (elevado a menos -9) tor. Este nivel queda muy por encima del que tienen los colectores de tubos de vacío (que es de entorno los 10-3 tor).
EL vacío es el mejor aislante térmico conocido. Cuando un cuerpo está a una alta temperatura (en realidad cuando está a cualquier temperatura), como es el caso de los colectores solares, empiezan a transmitir su calor al entorno, lo que desde el punto de vista de su aprovechamiento con colectores solares, implica perderlo. Esta pérdida de calor se produce a través de tres medios; la radiación, la convección y la conducción. Las formas de transmisión del calor por convección y conducción requieren de un medio físico para hacerlo (en el caso de la convección un fluido y en el de la conducción cualquiera). Al generar vacío en el interior de un colector, se elimina el medio físico, evitando de esta forma la pérdida de calor por conducción y por convección, con lo que se conserva una parte muy importante del calor que podrá ser aprovechado.
La forma plana del colector solar, en conjunto con la aplicación de vacío, permiten aprovechar con gran eficiencia la radiación solar difusa para generar calor a niveles útiles. Esto lo hace muy eficiente en climas con predominio de días nublados. La siguiente fotografía, con un colector cubierto por una gruesa capa de nieve, ilustra de manera clara el gran aprovechamiento que este colector hace de la radiación solar difusa. La nieve permite el paso de la radiación solar, pero los cristales de hielo difuminan mucho sus fotones. Aún en esas circunstancias el colector solar puede obtener energía.
El termómetro marca una temperatura de más de 80ºC,
Bombas Getter que mantienen el nivel de vacío en el colector- Cada colector solar de Ultra Alto Vacío, cuenta con una bomba Getter, elemento químico activado por sol encargado de extraer cualquier gas que pueda generarse de la gasificación de los materiales o filtrarse desde el exterior. Según los fabricantes, la bomba garantizaría que el vacío se conservará al menos por 20 años.
Soldadura vidrio-metal. Esta tecnología, desarrollada por el CERN, permite la unión entre estos dos materiales de diferente naturaleza y características y mantenerla pese a las importantes presiones que provoca el vacío, sobretodo en un colector de placa plana.
Superficie selectiva de baja emisividad- Como ya vimos, el vacío resulta un buen sistema para evitar las pérdidas térmicas por conducción y convección. Sin embargo resulta inútil como medio para evitar las pérdidas de calor por radiación, la cual puede transmitirse por el vacío. Para ello el absorbedor (elemento encargado de transformar la luz del Sol en calor) de este colector cuenta con un tratamiento selectivo, es decir de alta absortividad y baja emisividad. Esto significa que es capaz de absorber una alta cantidad de radiación solar (según los fabricantes un 93%), y tener al mismo tiempo un bajo nivel de pérdidas por radiación ya que emite poco (sólo un 3,5% según los fabricantes).
El resultado de todas estas técnicas es que la ganancia de calor solar es alta y las pérdidas pocas (conducción y convección nulas y radiación reducidas). De esta forma es posible generar mucho calor solar y conservarlo para una aplicación práctica.
Configuraciones y aplicaciones del colector solar
Otro aspecto interesante de este colector solar es que puede ser usado en muy variadas configuraciones ya sean con o sin reflectantes de diferentes tipos, alcanzando con ellos muy distintos niveles de temperatura.
Colector solar de Ultra Alto Vacío (UHV) sencillo
Consiste en disponer el colector sencillamente sobre la cubierta o azotea sin reflectante de ningún tipo. Puede ser adecuada para aplicaciones domésticas, o para cualquier uso que requiera temperaturas de entre 35ºC y 120 ºC, tal como si fuera un colector solar convencional. La temperatura de estancamiento de esta configuración es sorprendentemente alta, alcanzando los 320 ºC, cuando la mayoría de los colectores solares de placa plana se quedan en 150ºC y los de tubo de vacío en torno a los 200ºC. Esto significa que para temperaturas por encima de los 100 ºC trabajará con rendimientos más elevados que las otras tecnologías.
Colector solar de ultravacío con concentración de 2 x 1.(modelo C1)
Con esta configuración, el colector solar esta colocado sobre un reflectante que duplica la cantidad de luz solar (x 2.1) que incide sobre él. Estos reflectantes tienen una forma semicilíndrica y se disponen por pares tras el colector solar. La temperatura de operación con esta configuración es de entre 90ºC y 200ºC y la temperatura de estancamiento superior a los 400ºC. También es posible usar en estos casos sistemas de seguimiento que aumentarían la captación de luz y con ello el rendimiento del sistema de forma importante.
Sobre este mismo esquema existen otras variantes en las que se modifica la forma de los reflectantes, lo que provocan un aumento de la concentración solar.
Modelo C2
Los reflectantes de este modelo provocan sobre el colector una concentración de x 2.68
Modelo C3
Este modelo tiene unos reflectantes más grandes que los del C2. Con ello consigue una concentración de x 3.56.
Aplicaciones de los colectores
Domésticas
El colector solar en su configuración sencilla es el indicado para las aplicaciones domésticas de agua caliente y calefacción. Sin embargo, es necesario puntualizar que aún con la configuración sencilla, puede no resultar el más adecuado para aplicaciones domésticas en algunos climas.
Así por ejemplo, en climas con abundantes e intensas horas de Sol, este colector solar puede no resultar competitivo para usos domésticos, frente a otras tecnologías de colectores que pueden alcanzar los objetivos requeridos a un precio bastante más bajo.
En esos mismos tipos de clima, sobretodo en instalaciones con mucha superficie de captación para calefacción de invierno, la alta eficiencia del colector puede jugar en contra en verano, ya que sobrará mucho calor que habrá que disipar de forma muy eficiente para evitar problemas en la instalación.
En otros tipos de climas, fríos y nubosos, en cambio, este tipo de colector ofrece unos resultados que no están alcance de las otras tecnologías. Como hemos visto anteriormente, este colector solar puede funcionar adecuadamente hasta en días con radiación solar difusa (nublados)
Calefacción de distrito
Este sistema consiste en centralizar la calefacción (sea generado el calor de la forma que sea) para todo un conjunto de viviendas grande. De esta manera se obtiene un mayor rendimiento y aprovechamiento de las instalaciones y un mayor control de ellas. Los colectores solares de esta tecnología, por su eficiencia también en invierno, se pueden usar ya sea por si solos, o en combinación con otras fuentes de energía como pueden ser la biomasa o incluso los combustibles fósiles.
Aplicaciones industriales
Hasta este punto, las aplicaciones comentadas no difieren de las que se pueden hacer con colectores solares de otras tecnologías. Donde realmente marca la diferencia esta tecnología es en las aplicaciones industriales. Las tecnologías de captación solar convencionales, pueden ser y son utilizadas en procesos industriales. Cuando las temperaturas que se requieren son de entorno los 100 ºC, los colectores solares convencionales pueden proporcionar el total de la energía que se requiere si las condiciones atmosféricas son buenas. En cambio, si se requieren temperaturas mayores, los colectores solares convencionales aportan una fracción de ese calor, es decir un precalentado, alcanzándose la temperatura final requerida con la aportación de otro medio. Estos colectores, en cambio, al alcanzar temperaturas de operación más altas (es decir alcanzar esa temperatura de forma eficaz), pueden proporcionar la temperatura final por si solos. Consiguiendo un ahorro mayor de combustibles.
Un buen ejemplo de esto mismo podemos verlo en la casa que se expuso en el Solar Decathlon 2010 de Madrid de la Universidad Cardenal Herrera de Valencia. Donde un colector de este tipo con concentración 2×1 proporcionaba calor a un horno doméstico a temperaturas de entorno los 250ºC, las mismas que alcanza un horno convencional. Esta aplicación abre la puerta al uso industrial de las panificadoras, entre otras.
Generación de frío
La generación de frío a través del calor solar es posible gracias a equipos de absorción. Las mayores temperaturas que se pueden alcanzar con estos sistemas permiten emplear sistemas de absorción más eficientes.
Un sistema solar con colectores solares de ultra alto vacío diseñado con una gran superficie para obtener calor solar para calefacción, puede emplear el exceso de calor del verano para aire acondicionado en invierno.
Aplicaciones para la generación de energía eléctrica- Debido a las altas temperaturas que este sistema es capaz de entrar, también es posible, mediante sistemas concentradores y de seguimiento solar, obtener altas temperaturas con el que generar energía eléctrica como en las centrales termoeléctricas “convencionales”. Para ello la empresa SRB ha diseñado tecnologías que permiten funcionar al conjunto para producir electricidad a temperaturas algo inferiores a los sistemas termoeléctricos.
Fuente: Sitio Solar
