CUBIERTA TRANSPARENTE
Para favorecer estos fenómenos, el principal material utilizado para realizar las cubiertas es el vidrio. Este se distingue por su composición química y por sus características mecánicas y ópticas. Cualquier tipo de vidrio no sirve para ser montado en un colector solar, deben cumplir unos mínimos requisitos.
Los fabricantes eligen vidrios recocidos o templados, ya que sus propiedades ópticas no se deterioran en los procesos de fabricación y, además, sus propiedades mecánicas mejoran considerablemente.
Los vidrios deben favorecer el paso de la radiación solar, transmitancia (representada por el símbolo tau, t) para lo cuál suelen recibir un tratamiento en su superficie, que puede ser pulida, esmerilada, etc. Y que además es un factor que influye en la mayor o menor facilidad para retener la suciedad.
La cubierta de los colectores solares térmicos debe cumplir una serie de propiedades térmicas fundamentales:
- Reducir las pérdidas térmicas por convección en el absorbedor, mejorando así el rendimiento del colector.
- Provocar el efecto invernadero.
- Asegurar la estanqueidad del colector al agua y al aire, en unión con la carcasa y las juntas
El efecto invernadero, define las cualidades físicas que debe tener una buena cubierta:
- Permitir el paso de la radiación solar a su través mediante tratamientos antirreflectantes sobre la superficie exterior para disminuir las pérdidas por reflexión de los rayos solares incidentes.
- Impedir el paso de la radiación infrarroja (debida al calentamiento del absorbedor) a su través. Esto se logra, aplicando al vidrio un tratamiento que haga aumentar su coeficiente de reflexión para la radiación emitida por el absorbedor, “rebote” y vuelva nuevamente al absorbedor.
- Tener un coeficiente de conductividad térmica bajo, que dificulte el paso de calor desde la superficie interior de la cubierta hacia el exterior, para minimizar las pérdidas y mejorar así el rendimiento del colector.
Desde el punto de vista del mantenimiento, a la hora de instalar los colectores solares, hay que favorecer el efecto de limpieza del vidrio con agua de lluvia, de forma que ésta resbale y permita su auto-limpieza.
En cuanto a la estanqueidad, los defectos atribuibles a la cubierta pueden aparecer por roturas o fisuras por choque: granizada, lanzamiento de piedras, accidentes durante el transporte o el mantenimiento, etc.
- Propiedades mecánicas:
- Las cubiertas de los colectores deben resistir la presión del viento, el peso del hielo y la nieve, los choques del granizo, etc.
- Un aspecto importante que tienen en cuenta los fabricantes de vidrios es el riesgo de rotura debida a las contracciones internas por diferencia de temperaturas entre distintos puntos de la cubierta, por golpes en el transporte o mala manipulación en el montaje. Para evitar este riesgo el fabricante aumenta la resistencia del vidrio mediante un tratamiento por templado térmico que consiste en el calentamiento hasta la temperatura de reblandecimiento, seguido de un brusco enfriamiento mediante soplado con aire. Este tratamiento crea en el interior del vidrio un sistema de contracciones que refuerzan considerablemente la resistencia final del conjunto.
Con objeto de reducir las pérdidas térmicas, algunos fabricantes incorporaron cubiertas de doble vidrio. Sin embargo, la transmitancia de la cubierta también se vio reducida por la doble cubierta y en la actualidad, con la llegada de los tratamientos selectivos en las cubiertas se ha ido abandonando este tipo de tecnología.
Puesto que ciertos materiales plásticos tienen propiedades ópticas análogas a las del vidrio, en la tecnología solar de los primeros años se solían utilizar, sin embargo, su vida útil es más limitada ya que sus propiedades mecánicas no son las del vidrio y, por tanto, su uso está menos extendido en la actualidad (climatización de piscinas exteriores).
EFECTO INVERNADERO
La radiación electromagnética, al incidir sobre un cuerpo, puede ser total o parcialmente absorbida, otra parte puede reflejarse y una tercera atravesar el cuerpo en cuestión. Así, la energía total será la suma de la reflejada, la absorbida y la transmitida:
ET = ER + EA + Et
La radiación absorbida por el cuerpo provocará un aumento de su temperatura, el cual, a su vez, también emitirá radiación (infrarroja) con una longitud de onda que depende de esta temperatura.
Se conoce como cuerpo transparente a aquel que deja pasar a su través la radiación electromagnética. Hay cuerpos que son transparentes para unas determinadas longitudes de onda y, sin embargo, son opacos para otras. El vidrio, por ejemplo, es transparente para longitudes de onda corta, por lo que la luz solar atraviesa este material sin mayor problema (una parte, 10%, es reflejada y absorbida en su superficie, en mayor o menor grado, según el espesor).
Después de atravesar el vidrio la radiación llega a la superficie del absorbedor, el cuál se calienta y emite a su vez radiación con mayor longitud de onda (infrarroja), para la cual es parcialmente opaco.
Así, la radiación emitida por el absorbedor y devuelta hacia el vidrio de la cubierta es reflejada en un pequeño porcentaje por la superficie interior de dicho vidrio, pero el resto es absorbida, no consiguiendo escapar al exterior. Ahora es el propio vidrio quien se calienta y comienza también a emitir radiación. Aproximadamente la mitad de esta radiación se emite hacia el exterior, perdiéndose, pero la otra mitad vuelve hacia el interior y contribuye así a calentar aún más la superficie del absorbedor. Es este último fenómeno lo que se conoce como efecto invernadero.