Usos y aplicaciones de la energía solar térmica
Cuando se habla de energía solar, se suele pensar en la tecnología fotovoltaica (que convierte la luz del Sol directamente en electricidad), sin embargo, una alternativa popular es la energía solar térmica, la cual aprovecha la radiación solar para obtener y acumular calor y utilizar su energía en diferentes usos y aplicaciones que os vamos a explicar en este artículo.
Antes de nada, indicar que el funcionamiento de la energía solar térmica se hace por medio de un panel solar térmico o colector, que tiene un cristal de vidrio térmico para atrapar el calor del Sol en su interior y puede ser de varios tipos, junto a un tanque o acumulador, donde el calor se intercambia con agua y se almacena.
En cuanto a qué ventajas tiene el uso de la energía térmica, podemos destacar las siguientes:
- Se trata de una energía limpia que contribuye a la reducción de las emisiones de CO2.
- Puede ayudar a reducir la factura energética, tanto en el hogar como en la empresa.
- Reduce el consumo de otras fuentes de energía como la eléctrica o los combustibles fósiles.
- No produce ruido ni contaminantes.
- Permite el almacenamiento energético de una forma más económica que en fotovoltaica.
- Se integra fácilmente con otras soluciones energéticas.
- Requiere un bajo mantenimiento, incluso menos que los sistemas solares fotovoltaicos.
- Está disponible en una amplia gama de tamaños y diseños para adaptase a las necesidades y presupuestos de los usuarios.
- Proporciona diferentes usos, los cuales veremos a continuación.
- Y aunque suponga una inversión inicial elevada, enseguida se amortiza.
Centrándonos ya en los usos y aplicaciones de la energía solar térmica, en primer lugar, cabe señalar que los sectores industrial, residencial y comercial, pueden utilizar esta tecnología en todas las escalas, donde los paneles solares térmicos ofrecen múltiples usos:
Producción de agua caliente sanitaria (ACS)
Este es el principal uso de la energía térmica en el hogar, residencias y en el sector servicios. Consiste en el calentamiento de agua para su uso directo en baños, aseos, lavandería, cocina, etc.; la cual no se requiere que esté excesivamente caliente.
Para ello, los paneles solares atrapan el calor del Sol y lo redirigen a los depósitos o tanques de agua de la vivienda. Cuando la temperatura de las tuberías es más alta que la de la caldera, una unidad de control enciende la bomba y permite el paso. Esto permite calentar el agua progresivamente y obtener agua caliente en los grifos. Sin embargo, cabe indicar que este proceso no es inmediato, por lo que es necesario que se almacene previamente la energía calórica.
Es destacable que la producción de agua caliente sanitaria con energía solar térmica es muy eficiente. Por ejemplo, una vivienda para unas 4 personas necesitará aproximadamente 2 paneles o colectores solares para cubrir entre el 60% y el 90% de la demanda, dependiendo de la zona climática donde se encuentre la vivienda. No obstante, hay que tener en cuenta que, en la mayoría de los casos, también se necesitará un sistema auxiliar para los días en los que la radiación solar sea escasa.
Calefacción
Esta es otra manera importante de cómo se utiliza la energía térmica en el hogar, pero también en cualquier otro espacio (comercial, industrial…), donde esta resulta más eficiente que los sistemas fotovoltaicos.
La calefacción funciona mediante agua que procede de la red general, y en invierno es cuando está más fría. Si esa agua procede de un sistema solar térmico, logramos que llegue mucho menos fría, por lo que el gasto en calentarla es bastante menor. En este caso, se recolecta la energía de Sol con los paneles y se usa un sistema de conductos que transmiten agua caliente por las paredes del hogar o bien se almacena.
En las regiones soleadas, el empleo de la energía solar térmica para calefacción es ideal, favoreciendo un ahorro en la factura. Asimismo, es una gran ayuda para lugares en los que la calefacción está siempre encendida, como por ejemplo en un gimnasio o un hotel.
Además, cabe señalar que al sistema de calefacción también se le puede añadir suelo radiante, alimentado igualmente con energía térmica solar. Para ello, normalmente, se necesita aproximadamente 1m² de paneles o colectores solares por cada 10m² de superficie a calefactar.
Refrigeración o sistema de climatización (frío solar)
Sorprendentemente, la energía solar térmica también puede usarse para el enfriamiento o refrigeración de espacios. Esto es posible gracias a la condensación y evaporación del agua, que puede darse en dos diferentes sistemas termosolares: abierto o cerrado.
El primer sistema funciona por medio de la absorción de materiales líquidos y sólidos, mientras que el segundo integra en el mismo sistema dos máquinas de adsorción y otra de absorción con diversos procesos de refrigeración y deshumidificación. Ambos se activan mediante la energía térmica o agua caliente, pero los sistemas cerrados son los más utilizados.
Climatización de piscinas
Calentar una piscina puede consumir mucha energía. Además, en algunos países no se permite la calefacción con energía no renovable. Así pues, los calentadores de piscinas energéticamente eficientes como este sistema, pueden mejorar el calentamiento y la eficiencia energética de la piscina, ya sea cubierta o al aire.
En este caso, el agua de la piscina circula a través de una serie de válvulas hasta un colector, donde absorbe el calor solar y se devuelve a la piscina. El ciclo se repite hasta que la piscina alcanza la temperatura deseada. Lo ideal es combinar este sistema con una manta térmica que cubra la superficie de la piscina durante la noche para evitar la pérdida calorífica.
Para un cálculo aproximado del número de colectores que se necesitan para climatizar una piscina, hay que considerar que los m² de los captadores solares tienen que equivaler al 50% aproximadamente de la superficie de la piscina. Con esto se obtiene una ganancia de 10ºC sobre la temperatura ambiente.
Hornos solares
Una forma sencilla de cocinar los alimentos, especialmente en zonas rurales donde la electricidad o el combustible para cocinar pueden ser escasos, es utilizar un horno o cocina solar, el cual consiste en un reflector que dirige la luz del Sol a través de la tapa de cristal hacia un compartimento donde los alimentos se cocinan lentamente.
Estos hornos solares para cocinar son capaces de cocinar, secar y pasteurizar, y alcanzan temperaturas de entre 50 y 100ºC.
Por otro lado, a una escala mucho mayor, tenemos los hornos solares gigantes, los cuales reflejan la radiación solar de una superficie con un espejo hueco y la concentran en un único punto que puede tener una dimensión de hasta 100 metros cuadrados.
Estos hornos solares alcanzan la temperatura de la superficie del Sol (6000 °C) y se utilizan para obtener energía mecánica o electricidad, envejecer plásticos y pinturas, modificar las dimensiones de distintos materiales, probar reacciones químicas endotérmicas, etc.
En agricultura
La energía solar térmica es una importante fuente de energía para la producción y el procesamiento agrícola, especialmente para el secado, la calefacción y la refrigeración.
En concreto, la energía termosolar se utiliza para el secado controlado de diversos cultivos y productos, como cereales, café, tabaco, frutas, verduras y pescado; ayudando a su conservación sin perder sus propiedades ni su sabor.
Además, utilizando este sistema renovable, se reduce la degradación ambiental causada por el uso de combustibles fósiles y los costos asociados, así como también tiene efectos beneficiosos para nuestra salud.
Procesos industriales
Industrialmente, son varios los usos que se le puede dar a la energía solar térmica. Por ejemplo:
- En la industria auxiliar automotriz, sirve para el tratamiento del caucho para la fabricación de llantas y/o neumáticos o como limpieza y desengrasado de la pintura de un auto.
- En la elaboración de cerveza, facilita el proceso de secado, macerado y cocción de materias primas. También puede usarse para la refrigeración o calentamiento de la bebida.
- En la industria maderera puede ayudar a la obtención de pastas químicas o para la fabricación del papel, que suele necesitar del secado. También sirve para el secado de madera para la construcción o para combustible.
- En los baños térmicos para el tratamiento térmico de acero, metales ligeros y tratamiento de superficies, en una atmósfera sin oxígeno para así reducir las coloraciones en la superficie.
- En el sector textil para los procesos de lavado, blanqueo y tinte de tejidos.
- En la obtención de hidrógeno, mediante procesos termoquímicos a través de la energía solar concentrada; o para sintetizarlo con el CO2.
- Esterilizador quirúrgico: investigadores del MIT y el Instituto Indio de Tecnología, presentaron un proyecto tecnológico que esteriliza material médico exclusivamente por medio de energía solar térmica.
Producción de electricidad en centrales termosolares
Se trata de un sistema de generación de electricidad alternativo a la energía solar fotovoltaica. A gran escala, los colectores solares se utilizan en plantas de energía solar concentrada (CSP) para producir cientos de megavatios de electricidad.
En un sistema CSP, miles de espejos reflejan una gran franja de luz solar a un pequeño punto, que se calienta en proporción a la cantidad de energía solar y al área que recibe esa energía. Los colectores pueden absorber el calor y transferirlo a un fluido como el aire, el agua, el aceite o las sales fundidas, que luego se envía a las zonas a calentar. En los sistemas más grandes, el calor del fluido puede crear vapor, que impulsa un generador para generar electricidad.
No obstante, la energía solar térmica de concentración también podría utilizarse de diversas maneras y a diferentes escalas. Por ejemplo, podría integrarse en otras centrales eléctricas u operaciones de servicios públicos, compensando así los costes totales de energía y reduciendo las emisiones de carbono.
Como hemos visto, la energía solar térmica tiene diversos usos y aplicaciones, muchos de ellos bastante importantes e interesantes, por lo que es otra opción de utilizar la energía solar a tener en cuenta.
