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Horno solar, funcionamiento y aplicaciones

Horno solar, funcionamiento y aplicaciones

Un horno solar es un sistema óptico para proporcionar radiación solar concentrada. La energía concentrada de la luz solar se puede usar para:

  • El calentamiento simple de un material.
  • Experimentos de envejecimiento de plásticos o pinturas
  • Reacciones químicas endotérmicos
  • Experimentos de carga con componentes mecánicos o eléctricos.

El sistema de horno solar es ampliamente usado en centrales de energía solar térmica.

La diferencia del sistema del horno solar con un panel solar es que el panel solar capta y convierte directamente la energía solar mientras que el horno solar únicamente la refleja y la concentra en un punto.

¿Cómo funciona un horno solar?

El componente de concentración de un horno solar funciona en principio como un vidrio encendido. Por razones técnicas, sin embargo, se utiliza un espejo hueco o parabólico, que concentra la luz incidente del sol en un punto focal.

La superficie reflectante de este concentrador puede ser de un metro cuadrado a varios 100 metros cuadrados. Si se requieren áreas más grandes, generalmente se usa un campo de helióstatos, en el que varios espejos planos asignan la luz a un solo punto.

Para garantizar una iluminación óptima del concentrador, es necesario seguir continuamente el helióstato al sol. Esto se hace mediante un software que calcula constantemente la posición actual del sol. Otra opción es utilizar un sensor para determinar la posición del sol.

Para un horno solar con un concentrador, existen tres tipos:

  • Concentrador de seguimiento directo.
  • Estacionario en el eje concentrador con heliostato rastreado.
  • Estacionario fuera del eje concentrador con heliostato rastreado.

Para concentradores más grandes, estos se componen de espejos planos individuales. También se pueden presentar en una disposición de Fresnel, de espejos de enfoque individuales.

Los componentes reflectantes deben cumplir con ciertos criterios cualitativos. Por lo tanto, es importante que la reflectividad sea lo más alta posible, o exactamente conocida, así como la dispersión de la superficie reflectante. Las longitudes de onda a reflejar también son un criterio importante, si, por ejemplo, se desea hacer uso de los componentes UV (A, B) de la luz solar.

La condición previa para una concentración efectiva es la luz solar directa dirigida. Por lo tanto, las condiciones climáticas en la ubicación de un horno solar juegan un papel importante.

Aplicaciones de un horno solar

Los rayos son enfocados sobre un área del tamaño de una olla y pueden alcanzar una temperatura de 4.000 °C, dependiendo del proceso instalado, por ejemplo:

  • Aproximadamente 1000 °C para receptores metálicos produciendo aire caliente para la siguiente generación de torres solares.
  • Aproximadamente 1400 °C para producir hidrógeno rompiendo moléculas de metano.
  • Hasta 2500 °C para probar materiales que serán usados en ambientes extremos tales como reactores nucleares o vehículos espaciales para reentradas atmosféricas.
  • Hasta 3500 °C para producir nanomateriales por sublimación inducida solar y enfriamiento controlado, tal como nanotubos de carbono​ o nanopartículas de zinc.

Se ha sugerido que los hornos solares podrían ser usados en el espacio para proporcionar energía para usos industriales.

Su dependencia de un clima soleado es un factor limitante como una fuente de energía renovable en la Tierra, pero podría ser combinado con sistemas de almacenamiento de energía termal para la producción de energía durante días nublados o durante la noche.

También existen los hornos solares a pequeña escala, en estos casos la temperatura en el punto de concentración no es tan alta. Se utilizan, por ejemplo para alimentar motores Stirling pequeños o cocinas solares.

Cocinas solares

El principio del horno solar también se usa para construir cocinas solares baratas y para la pasteurización solar de agua.​

Una cocina solar generalmente consta de una o más placas de metal dispuestas como un espejo cóncavo, de modo que se genera calor en el foco.

Los hornos solares se han presentado como una alternativa adecuada para los países en desarrollo soleados desde la década de 1960. Esto es por razones de salud y ambientales. Después de todo, el uso de una estufa solar libera menos gases dañinos que con la cocina tradicional en leña u otro material vegetal.

Además, mientras se cocina con una cocina solar no se basan en el uso de la planta o de combustibles fósiles y reduce las emisiones de gases de efecto invernadero.

Sin embargo, la tasa de aceptación de las cocinas solares en los países en desarrollo es baja, en parte debido a factores económicos, culturales y políticos.

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Fecha publicación: 17 de mayo de 2018
Última revisión: 14 de abril de 2020