En la carrera por combatir el cambio climático y hacer la transición hacia un futuro energético sostenible, la energía solar térmica destaca como una fuente de energía renovable y versátil. Al aprovechar la abundante energía del sol para generar calor, esta tecnología ofrece soluciones innovadoras para una amplia gama de aplicaciones, desde calentar viviendas y piscinas hasta impulsar procesos industriales e incluso generar electricidad.
A diferencia de los sistemas tradicionales basados en combustibles fósiles, la energía solar térmica reduce las emisiones de gases de efecto invernadero, disminuye los costos de energía y contribuye a la independencia energética. Su capacidad de convertir directamente la luz solar en calor la convierte en una de las soluciones energéticas más eficientes y respetuosas con el medio ambiente que existen en la actualidad.
Mientras los gobiernos y las industrias buscan cumplir con los ambiciosos objetivos climáticos globales, la tecnología solar térmica está allanando el camino hacia un futuro más limpio y ecológico. Ya sea que se aplique en contextos residenciales, comerciales o industriales, su potencial para revolucionar el uso de la energía es innegable.
Las aplicaciones directas de energía solar térmica utilizan la energía del sol para producir calor directamente, como en la calefacción de piscinas o en los calentadores solares de agua. Las aplicaciones indirectas implican la conversión de la energía solar en otra forma, como la generación de electricidad mediante plantas de energía solar concentrada (CSP).
Para comprender mejor la versatilidad de la energía solar térmica, exploremos algunos ejemplos de aplicaciones tanto directas como indirectas.
1. Generación de electricidad
Las plantas de energía solar concentrada (CSP) son un tipo de planta de energía térmica que genera electricidad. Estos sistemas utilizan espejos o lentes (como los colectores cilindro-parabólicos o las torres solares) para concentrar la luz solar, produciendo altas temperaturas para generar vapor. Este vapor impulsa turbinas conectadas a generadores eléctricos, convirtiendo la radiación solar en energía térmica, luego en energía mecánica y, finalmente, en electricidad.
Para conseguir una temperatura lo suficientemente elevada se utilizan numerosos concentradores solares como colectores cilindro-parabólicos y hornos solares. La radiación solar se concentra en una torre de energía donde la energía térmica genera vapor.
La CSP funciona como una alternativa a los paneles solares fotovoltaicos (PV), ofreciendo una forma renovable de producir energía a gran escala. Por lo tanto, es un ejemplo de aplicación solar térmica indirecta.
2. Calefacción de piscinas
Calentar el agua hasta niveles inferiores al punto de ebullición permite utilizar colectores negros para la absorción térmica de la radiación solar. Sería un claro ejemplo de aplicación solar térmica directa.
Calentar una piscina puede consumir una gran cantidad de energía. Además, en algunos países no está permitido calentarla con energías no renovables. Los calentadores de piscina de bajo consumo pueden mejorar la calefacción y la eficiencia energética de su piscina.
3. Calefacción solar por suelo radiante
La calefacción solar por suelo radiante es un tipo de calefacción solar. Consiste en una resistencia eléctrica pegada a una malla colocada debajo de las baldosas u otros tipos de pavimento del suelo.
Los sistemas solares térmicos pueden proporcionar energía para calefacción por suelo radiante calentando el agua.
Una ventaja de este sistema es que el fluido no debe tener una temperatura tan alta, por lo que la temperatura se distribuye de manera más uniforme. Esta característica hace que la energía solar térmica sea una tecnología casi perfecta para calentar ese agua.
El sistema de calentamiento del circuito de calefacción es el mismo que en el caso del agua caliente sanitaria. Los mismos colectores solares instalados en el exterior de la vivienda nos permiten obtener el máximo aprovechamiento de la energía.
Los paneles solares convierten la energía solar en energía térmica, que puede ser un fluido caloportador. El fluido caloportador circula por el circuito de calefacción. Esto permitirá ahorrar energía y reducir las facturas de la luz utilizando energía solar térmica.
Si el sistema solar no puede proporcionar una calefacción adecuada del espacio, un sistema auxiliar o de respaldo proporciona calor adicional.
4. Producción de Agua Caliente Sanitaria (ACS)
El agua caliente sanitaria (ACS) es el agua que utilizamos en casa. Para esta propuesta no necesitamos que esta agua esté excesivamente caliente. Así, podemos utilizar colectores de placas planas que se puedan calentar rápidamente en el tejado e intercambiadores de calor. Por su forma, los tubos de vidrio pueden resistir mejor la presión del aire ambiente.
El tiempo necesario para calentar un litro de agua es mayor que el tiempo que se tarda en consumirla, por lo que no podemos calentarla al mismo tiempo que se necesita. Para solucionar este problema podemos utilizar sistemas de almacenamiento de energía.
En las viviendas pequeñas es habitual ver colectores solares. La función de estos paneles solares es calentar agua caliente sanitaria para uso doméstico o calefacción. Suelen ser sistemas de apoyo, pero permiten un ahorro económico considerable.
¿Qué es un colector solar?
Un colector solar es un intercambiador que convierte la luz solar directa y difusa en calor.
El agua calentada se bombea a través de las tuberías y su calor se almacena en un recipiente de almacenamiento aislado: la caldera.
Cuando la temperatura de las tuberías es superior a la de la caldera, una unidad de control enciende la bomba.
De esta manera, el colector solar se enfría con el agua fría de la caldera y, a continuación, la caldera se calienta con el agua caliente procedente de los colectores solares. Después de un tiempo, cuando el colector solar y el calentador de agua tienen casi la misma temperatura, la unidad de control apaga la bomba.
5. Energía solar térmica para refrigeración, refrigeración y aire acondicionado.
Pasar frío a partir del calor es una paradoja, pero es posible gracias a la técnica de enfriamiento por absorción.
La tecnología empleada en estos sistemas, la refrigeración por absorción, se basa en la absorción de calor de pares específicos de sustancias. Su funcionamiento se basa en las reacciones físico-químicas entre un refrigerante y un absorbente. Se activa mediante energía térmica -que en el caso de la energía solar es agua caliente-.
El funcionamiento de cualquier máquina de refrigeración por absorción se basa en tres fenómenos físicos elementales:
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Cuando un fluido se evapora, absorbe calor, y cuando se condensa, cede calor.
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La temperatura de ebullición de un líquido varía en función de la presión; a medida que la presión disminuye, la temperatura de ebullición disminuye.
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Hay pares de sustancias químicas que tienen una afinidad particular a la hora de disolverse entre sí.
6. La energía solar en la agricultura
Para la producción y el procesamiento agrícola, la energía solar es una fuente de energía crucial, particularmente para el secado, la calefacción y la refrigeración.
Hasta el 70 por ciento de los productos agrícolas se estropean durante el proceso tradicional de secado al aire libre, especialmente en las regiones tropicales y subtropicales.
El enfriamiento y la refrigeración son esenciales en los procesos agrícolas. Por lo general, se trata de un proceso que consume mucha energía. La refrigeración con energía solar presenta una oportunidad crucial de energía limpia, en particular en las zonas rurales sin acceso a la red nacional y a otros procesadores.
7. Calor solar para procesos industriales
Los sistemas solares térmicos (STS) pueden satisfacer una gran cantidad de demanda de calor en los procesos industriales.
En las economías desarrolladas, la energía solar térmica puede cubrir técnicamente aproximadamente la mitad de este consumo energético suministrando agua caliente y vapor.
En algunas industrias, la energía solar térmica puede procesar el calor para generar aire caliente y agua caliente. Las industrias textil, de ladrillos y de procesamiento de alimentos son ejemplos de industrias que utilizan energía solar térmica.
8. Desalación térmica eficiente con energía solar
Actualmente, existen numerosos proyectos de desalinización solar en marcha. Esta solución permite reducir los costes operativos y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.
Estos sistemas podrían dar servicio a zonas costeras áridas. Está orientado a poblaciones fuera de la red de distribución convencional. Este sistema busca brindar una fuente de agua eficiente y de bajo costo.
El sistema utiliza múltiples capas de evaporadores y condensadores solares planos, alineados en una disposición vertical y cubiertos con aislamiento transparente.