Menos famosa que su hermana —la energía fotovoltaica—, la energía solar térmica es también una energía renovable, libre de carbono y respetuosa con el medioambiente. Se aprovecha del Sol para producir calor y este calor tiene variadas aplicaciones que se traducen en una reducción del consumo energético. La energía termosolar es versátil, útil y con un potencial significativo. Por ello, en este artículo te contamos qué es, cómo funciona y cuáles son sus tipos y aplicaciones.
Tabla de contenidos
¿Qué es la energía solar térmica?
La energía solar térmica, o termosolar, es un tipo de energía renovable que aprovecha la energía del Sol para generar energía térmica o eléctrica. A diferencia de las placas fotovoltaicas que generan electricidad a partir de los fotones de luz, esta energía aprovecha la radiación para calentar un fluido. Este fluido caliente tiene diferentes usos como calefacción, agua caliente sanitaria y otros procesos que demanden calor.
Puede ser aprovechada por sectores residenciales, comerciales e industriales dado que sus aplicaciones son variadas y permiten reducir el costo de energía eléctrica. ¿Cuál podría ser su impacto? Uno de sus usos más comunes es el de generar agua caliente sanitaria. ¿Sabías que el porcentaje de consumo energético de agua caliente de una vivienda equivale al 20 %?
Los paneles solares que se emplean en la energía termosolar se llaman captadores o colectores solares. Son los encargados de recoger la energía del Sol y transferirla al fluido, que se conoce como caloportador. Dependiendo del tipo de circuito, también variarán los usos del calor obtenido. Sin importar el proceso o el uso, no se requiere ningún tipo de combustible para generar el calor. De esta manera, el ahorro equivale al combustible que se deja de consumir.
¿Cómo funciona la energía solar térmica?
Para entender cómo funciona la energía termosolar, es importante conocer los componentes de una instalación térmica:
Captadores o paneles solares. Permiten captar la radiación solar y calentar el fluido caloportador.
Circuito hidráulico: Es un circuito que permite transportar el agua calentada. Puede ser de ida o de retorno (salida o entrada de paneles).
Intercambiador de calor: Es por medio de este que se cede al agua el calor transportado. Es decir, actúa como lo harían los radiadores en una instalación de calefacción. Los radiadores calientan el ambiente como el intercambiador calienta el agua.
Acumulación solar: Dado que la energía solar térmica no se consume en el momento, se requiere de un sistema que permita acumularla para que no se desaproveche. Es un sistema que permite acumular el agua caliente y suministrarla cuando se necesite.
Bombas de circuito solar primario: Permiten mover el fluido necesario y vencer las pérdidas de carga.
Cualquier sistema solar térmico tiene dos componentes esenciales: un colector y un tanque acumulador. El colector se encarga de transformar la energía solar en calor y, así, calienta un fluido que se encuentra en su interior. Por su parte, el tanque acumulador almacena el fluido caliente para su uso. El calor se va distribuyendo según la demanda y se proporciona por medio de las bombas de circuito solar primario.
Según el acoplamiento entre el colector y el tanque acumulador, se define el tipo de sistema solar térmico (se explicará más adelante) y los usos que se le pueden dar.
Funcionamiento según el tipo de colector
Además, los colectores pueden ser de alta, media y baja temperatura. En los hogares y con el objetivo de calentar en agua se usan los de baja temperatura. En este caso, se necesita un calor de 65 °C o menos. Sus aplicaciones son para el calentamiento de piscinas, calentamiento de agua para baño y actividades industriales como el lavado textil y la pasteurización.
Los sistemas de media temperatura se aplican cuando el calor está entre 100 °C y 300 °C. Concentran la radiación solar para entregar calor útil a mayor temperatura. Trabajan solamente con el componente directo de la radiación solar y su utilización se usa en zonas de alta insolación.
Por su parte, los sistemas de alta temperatura requieren una temperatura superior a los 500 °C. Se usan para generar electricidad por medio de centrales térmicas. Concentran la radiación solar en un punto para producir vapor. El vapor acciona una turbina que está conectada a un generador eléctrico. Es decir, la energía térmica se transforma en mecánica y posteriormente en electricidad.
Tipos de energía solar térmica
El manual Introducción a la energía solar térmica publicado por la Secretaría de Energía y el Ministerio de Hacienda de Argentina resume de manera clara y completa todas las clasificaciones que pueden tener las instalaciones de este tipo de energía.
Los sistemas solares térmicos se pueden clasificar por el principio de circulación, el sistema de transferencia de calor, por su diseño o la presión de trabajo. A continuación, resumimos las características de cada uno.
Por el principio de circulación: Natural o forzado
Cuando se habla del principio de circulación se hace referencia al uso de bombas o controladores de fluido. Los sistemas solares térmicos pueden ser de circulación natural o forzada. Los primeros, también conocidos como termosifónicos, no utilizan bombas para movilizar el fluido entre el colector y el acumulador. Por el contrario, la circulación del agua caliente se da por gravedad.
Cuando el agua del colector es calentada por el Sol, su densidad disminuye y permite que fluya hacia arriba para ingresar al tanque de almacenamiento. Por su parte, el agua fría —que tiene mayor densidad— fluye hacia abajo, lo que crea una circulación continua.
La energía solar térmica con sistemas de circulación forzada utiliza una bomba y un controlador para que el fluido caloportador circule dentro del colector. En este tipo de sistemas, los colectores y el tanque se encuentran en ubicaciones diferentes, a veces con uno o más niveles de diferencia. Por lo tanto, requiere de la acción de una bomba para que el líquido fluya. Esto implica que el circuito de calentamiento del colector también debe ser cerrado.
Por sistema de transferencia de calor: directo o indirecto
Sin importar el tipo de circulación, los sistemas termosolares pueden ser directos o indirectos. Los sistemas directos, conocidos como primarios, usan el mismo líquido en el colector y el acumulador. Este fluido es el agua de consumo. Por su parte, los sistemas indirectos, conocidos como secundarios, utilizan un fluido en el colector que transporta el calor hacia el agua de consumo en el acumulador. Este líquido que transporta el calor tiene propiedades anticongelantes. La mayor parte de los sistemas forzados son también indirectos.
Los sistemas directos se caracterizan por tener un sistema más sencillo y su costo de inversión es menor. No obstante, cuando hablamos de sistemas de circulación natural directos, deben ser usados en climas cálidos. Si se usan en climas fríos, con temperaturas cercanas al congelamiento sin protección antiheladas, se podrían generar roturas en el colector por congelamiento. Por lo tanto, los sistemas indirectos son más predominantes en climas fríos.
Por diseño: compactos y a la medida
En los sistemas de energía solar térmica también podemos encontrar equipos compactos y a la medida. Los primeros son lotes de productos de marca registrada que se venden completos y listos para instalar. Es decir, el colector y el tanque conforman un solo producto. Se consideran un solo producto y se evalúan como un todo. Constituyen el 70 % del mercado y son de uso exclusivo para agua caliente sanitaria. Además, suelen ser de circulación natural.
Por su parte, los sistemas a medida se construyen de forma única. Al comprarlos, se eligen de una lista de componentes, por lo que no se venden como un solo producto. Los componentes son ensayados por separado y son usualmente de circulación forzada. Los colectores, tanques y accesorios se venden por separado. Este tipo de sistemas suelen utilizarse para calefacción, climatización de piscinas, en industrias y sistemas de agua caliente sanitaria diseñados a la medida.
Por presión de trabajo: abiertos o cerrados
Las instalaciones de energía termosolar también pueden clasificarse entre abiertos y cerrados. Los sistemas abiertos se caracterizan porque el tanque de acumulación donde circula el agua de consumo opera a presión atmosférica.
Por su parte, en los sistemas cerrados el agua del tanque está presurizada entre 2 y 4 kg/cm2. Esto significa que el tanque de almacenamiento no está en contacto con la atmósfera.
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Ventajas y desventajas de la energía termosolar
Ventajas de la energía solar térmica
Es una fuente de energía renovable. Por lo tanto, es inagotable, su uso no implica la quema de combustibles fósiles y tiene consigo todas las ventajas de estas fuentes energéticas.
No emite residuos de ningún tipo. Es decir, no genera emisiones de dióxido de carbono ni otros gases de efecto invernadero.
Facilita el ahorro energético. Al reducir el consumo de electricidad para calentar agua, también facilita el control del consumo eléctrico en el hogar. Algunos estiman que puede implicar un ahorro superior al 50 %.
Brinda autonomía. Al proveer del sol, se cuenta con una fuente de energía gratuita y permite el autoabastecimiento.
Añade valor a la vivienda o industria: Al contar con una fuente de energía renovable, la propiedad se valoriza.
Bajos costos de mantenimiento.
Ofrece un alto rendimiento de conversión energética. Se estima que los sistemas solares térmicos generan un rendimiento a energía útil mayor al 50 %, lo que lo ubica como uno de los más altos entre las energías renovables.
Desventajas de la energía solar térmica
Depende de las condiciones climáticas. Al igual que todas las renovables, requiere de ciertas condiciones de luz, calor y viento para funcionar de manera óptima. Por lo tanto, su producción es inconsistente.
Coste inicial alto. Aunque eventualmente se retorna la inversión, requiere de una importante inversión para su compra e instalación.
Espacio disponible. Como todas las renovables, se requiere de un extenso terreno para obtener un mayor aprovechamiento de sus beneficios.
Es de difícil almacenamiento. La luz del sol o el agua caliente no son fáciles de almacenar; de hecho, el agua caliente no se puede almacenar durante largos periodos sin perder calor. El almacenamiento tiende a ser costoso e insuficiente.
Lecturas sugeridas:
Aplicaciones de la energía solar térmica
La energía solar térmica permite aprovechar el calor del Sol. Los usos de la energía solar térmica, por lo tanto, son variados. Aquí mostramos algunos de ellos.
Generación de agua caliente sanitaria: Es su uso más conocido. Puede calentar el agua de duchas, vajilla o lavado de ropa. Se puede usar como sistema principal o de apoyo en viviendas, industrias, comercios, hoteles y más.
Calefacción: Se puede usar, por ejemplo, a través de suelos radiantes. O también puede calentar espacios que requieren temperaturas elevadas como invernaderos o corrales de crianza de ciertos animales.
Climatización de piscinas: La energía termosolar se puede usar para la climatización de piscinas o la destilación del mar con destiladores solares.
Procesos industriales: Como lavado industrial (botellas, piezas de coches y más), lavado de coches o lavanderías de ropa.
Refrigeración: Puede utilizarse para la refrigeración de edificios o de procesos industriales. El proceso de enfriamiento se da por evaporación y condensación.
Generación de electricidad: Transformando la energía térmica en mecánica y posteriormente en electricidad.
Desalinización: Por medio de la energía solar se puede también realizar procesos para desalinizar agua de mar para convertirla en agua potable.
Deshidratación de frutas y vegetales: Las frutas vegetales y granos también pueden ser procesados mediante energía solar térmica. Para ello, se usa el calor para producir agua a baja temperatura y se hace circular el agua que contribuya a su deshidratación.
Diferencia entre energía solar térmica y energía solar fotovoltaica
Tipo de energía: La energía solar térmica absorbe la luz del Sol para convertirla en calor. Por su parte, la fotovoltaica convierte a la radiación solar en electricidad.
Aplicaciones: La energía termosolar suele ser usada para el precalentamiento del agua en diferentes espacios o climatización de piscinas y la calefacción. La energía fotovoltaica se usa para producir electricidad, básicamente.
Versatilidad: Los equipos de energía solar térmica permiten calentar agua y generar algunas modalidades de climatización. Por su parte, la electricidad producida por los paneles fotovoltaicos se puede usar en la iluminación de edificios, vías de bombeo de aguas, electrodomésticos y todo tipo de instalaciones eléctricas.
Vida útil: Una instalación fotovoltaica tiene garantías base de cerca de 10 o 12 años. Además, algunos de sus componentes tienen garantías de 25 años. Por su parte, los equipos de termosifón tienen una garantía de 5 a 10 años. Sin embargo, con el correcto mantenimiento ambos equipos pueden durar muchos años.
Eficiencia: En términos de eficiencia, los equipos de energía solar térmica son mucho más eficientes, al lograr coeficientes de eficiencia entre el 80 % y 90 %. La eficiencia de los paneles fotovoltaicos ronda el 20 %. Además, a pesar de que el día sea lluvioso, siempre que haya radiación solar, la energía termosolar permite producir agua caliente.
Mantenimiento: Los equipos fotovoltaicos no tienen piezas móviles. Esto hace que no requieran mucho mantenimiento. Además, la mayoría de proveedores ofrece la posibilidad de que el usuario monitoree el funcionamiento de su sistema de paneles solares. Los equipos de energía termosolar cuentan con ciertas particularidades que afectan su mantenimiento. Los sistemas de circulación forzada demandan de una revisión más minuciosa dado que cuentan con bombas hidráulica que, en caso de daño, dañarían por completo la eficiencia de los equipos.
Depósito: Para almacenar la energía también se requieren elementos distintos. Por ejemplo, la energía fotovoltaica emplea baterías, mientras que la térmica se almacena en depósitos de agua.
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El futuro de la energía solar térmica
La energía termosolar surgió antes que la energía fotovoltaica. Con los años, la fotovoltaica le ha ganado terreno en sus desarrollos, pero, aun así, ha estado evolucionando en todos sus sistemas y variantes. De esta forma, son sistemas confiables y eficientes para los usuarios.
No obstante, algunos estiman que la energía termosolar perderá importancia ante la fotovoltaica y quedará obsoleta. Esto se debe a que los sistemas fotovoltaicos también pueden calentar agua y generar calefacción. Bajo este contexto, serían los paneles solares híbridos los que llegarían a ocupar su lugar. Su propiedad de cumplir doble función les permite absorber calor y al mismo tiempo incorporan energía solar.
No obstante, esto no significa que la energía solar térmica se encuentre en declive o realmente vaya a desaparecer. Según el informe «Energía solar termoeléctrica, perspectiva mundial 2016», la energía termosolar tiene perspectivas muy alentadoras.
El informe fue publicado por Greenpeace Internacional, SolarPaces y la Asociación Estela, quienes estiman que la energía solar termoeléctrica podría suministrar hasta el 6 % de la demanda de electricidad global para 2030. Para 2050, los expertos duplican esta estimación y dicen que podría alcanzar el 12 % de toda la electricidad producida a escala planetaria.
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Palabras finales
La energía solar térmica constituye una excelente alternativa para obtener energía limpia y ahorrar en el consumo energético. Además, tiene incontables aplicaciones útiles para diferentes sectores y necesidades. Posee, además, la ventaja de que su costo es menor a un sistema fotovoltaico y que su instalación no requiere de mucho papeleo administrativo.
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