Conversión Térmica

Principios

El principio fundamental de la conversión térmica de la energía solar consiste básicamente en la absorción de la radiación solar por una superficie receptora, captora o sistema colector, que a su vez absorbe la mayor parte del espectro solar incidente, transformándose la radiación electromagnética captada en calor. Luego el calor generado es utilizado en algún uso específico.

El receptor o captador, al calentarse, produce un intercambio de calor con el ambiente por medio de radiación, convección y conducción.

Mientras mayor sea la diferencia de temperatura con el ambiente, mayores serán las pérdidas.

Al equilibrio de un sistema colector de la radiación solar queda determinado como:

Fórmula coeficiente absorción

El término de la izquierda representa la radiación absorbida, siendo E la incidente y el término αyτ representan coeficiente de absorción y transmisión de la radiación solar entre de la cubierta transparente y superficie absorbente.

Si al sistema se le agregase algún tipo de reflector sería necesario incorporar el coeficiente de reflexión (ρ) del material reflectante.

En general para los sistemas sin concentración de la radiación solar se actúa sobre el lado derecho de la ecuación disminuyendo las pérdidas.

Los típicos mecanismos de reducción de pérdidas pasan por el uso de superficies selectivas, buenos aislantes, colchones de aire, láminas reflectoras IR. Las superficies selectivas tienen la propiedad de absorber gran parte del espectro solar y emitir poca energía en el rango del infrarrojo térmico.

En cambio los sistemas con concentración aumentan el flujo incidente sobre el lado izquierdo de la ecuación por medio de sistemas ópticos que hacen incidir mayor flujo sobre el receptor, o sea de aumenta la energía incidente.

Los sistemas de tipo colector plano tienen la importante ventaja de aprovechar tanto radiación directa como la difusa y la reflejada. En cambio los sistemas con concentración típicamente solo aprovechan la radiación solar directa, si está nublado no funcionan.

Por lo tanto, en general si uno quiere maximizar el rendimiento de captación (es decir aumentar la energía útil, el enfoque se debe concentrar en:

a) Reducir las pérdidas térmicas.
b) Aumentar el flujo de radiación solar sobre la superficie receptora.
c) Combinar estos dos mecanismos.