Una placa solar térmica, o colector solar, basa su principio en dos propiedades muy sencillas:

1. La absorción del espectro de luz por un cuerpo oscuro: esto lo percibimos claramente en verano, cuando llevamos ropa oscura pasamos más calor que cuando llevamos ropa de color claro. Este es el mismo principio por el que en el sur de España las casas son de color blanco.
2. El efecto invernadero: en verano en el interior del coche al sol la temperatura es mucho mayor que en el exterior. La explicación de este efecto está relacionada con el espectro de luz, la luz que llega a la tierra desde el sol incluye desde los rayos ultravioleta, la escala cromática de la luz visible, hasta los rayos infrarrojos, pero la atmósfera filtra casi completamente las radiaciones ultravioletas y las infrarrojas. Nosotros solo podemos ver el espectro de luz visible que va del violeta al rojo, las ondas infrarrojas son las ondas del calor por radiación y las emite cualquier cuerpo caliente, incluso nosotros estamos emitiendo ondas infrarrojas en este momento, en este principio se basan las cámaras de infrarrojos que son capaces de detectar la radiación infrarroja que emitimos. El vidrio permite el paso de la radiación del espectro visible, pero es completamente opaca a la radiación infrarroja, por lo tanto al no poder escapar rebotan y vuelven a ser captadas por el absorbedor.

De este modo se acumula mucho calor dentro de la placa solar que es absorbido por el fluido caloportador, que suele estar compuesto de agua y anticongelante para evitar congelaciones en invierno, y es transportado por las tuberías hasta el intercambiador y acumulador de calor que tengamos para calentar el agua sanitaria y de calefacción, o para cualquier otro proceso que necesitemos el calor.

En el esquema podremos entender mejor el proceso.

1. Los rayos solares incidentes llegan hasta el cristal del colector solar, y parte son reflejados, parte absorbidos por el captador y el resto lo atraviesan llegando al absorbedor.
2. El absorbedor, recoge los rayos solares absorbiéndolos, de modo que se calienta, parte de ese calor es transmitido a las tuberías que están íntimamente unidas al absorbedor, para que se produzca una buena transmisión de calor, y estas lo transmiten al fluido caloportador que calienta nuestro agua sanitaria (ver funcionamiento instalación).
3. El absorbedor que ha aumentado su temperatura, comienza a emitir radiación infrarroja. Para esta radiación el cristal es opaco con lo que se refleja y de nuevo vuelve hacia el absorbedor (efecto invernadero), aumentando de nuevo su temperatura. La temperatura continuará aumentando, hasta que la energía recibida sea igual a la recogida por el fluido caloportador más las pérdidas.
4. Las pérdidas son por convección, transmisión y radiación. Reduciendo estas pérdidas aumentamos la eficacia del captador.
   • Convección: es el aire caliente que hay en el interior del colector entre el cristal y el absorbedor, calentando el cristal, que este a su vez cede su calor a la atmósfera.
   • Transmisión: se transmite por contacto, se mejora usando buenos aislantes que impiden el paso del calor al exterior, estas superficies calientes al contacto con el aire del exterior le ceden su calor por contacto, de modo que los días de mucho viento, el aire le "roba" mucho calor al colector solar. También cuanto más frío es el aire del exterior más calor roba.
   • Radiación: como hemos visto anteriormente las superficies calientes irradian radiación infrarroja, lo que supone una perdida energética en el colector, esta pérdida no depende del aire que haya en el exterior ni de su temperatura.

De lo explicado anteriormente se deduce que es muy importante mantener un flujo constante de fluido caloportador, ya que de lo contrario aumentaría la temperatura en el interior de la placa solar, hasta que se iguala con las pérdidas, que esto para una placa solar está en torno a los 150 ºC. Esto puede deteriorar el colector, al llegar a ebullición el fluido de su interior generando una sobrepresión para la que no está preparado.

Un factor muy importante en el cálculo de una instalación es el rendimiento del colector, en el que se calculan las pérdidas para el momento más desfavorable de trabajo, estas se producen por la diferencia de temperatura (salto térmico) entre el interior del colector y el medio ambiente que lo rodea. Las pérdidas aumentan considerablemente con el aumento del salto térmico, por lo que se considera para el cálculo las condiciones de diciembre o enero del lugar donde van a ser instalados en base a las condiciones meteorológicas históricas.

La fórmula para el cálculo es la siguiente:

Donde:

• η: Rendimiento del captador, es el valor que calculamos nosotros para cada instalación.
• η₀: Rendimiento óptico, es decir lo que llega al absorbedor una vez atravesado el cristal, se calcula en un ensayo de laboratorio.
• α₁: Coeficiente de pérdidas lineal, se calcula en un ensayo en laboratorio.
• α₂: Coeficiente de pérdidas cuadrático, se calcula en un ensayo en laboratorio.
• t_m: Temperatura media del captador, viene dado por la temperatura de diseño de la instalación.
• t_a: Temperatura ambiente, se obtiene por las tablas de temperaturas medias históricas para cada mes del año de cada lugar.
• I: Es la irradiación del sol, también se obtiene de medidas medias históricas para cada mes del año de cada lugar.

(continuará .... )