Energía solar térmica
La energía solar térmica hace parte de las energías renovables, estas actualmente se están convirtiendo en el reemplazo de la electricidad tal y como la conocemos.
facultad de ingeniería · energías renovables
lun. 15 de feb. 2021
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Las energías renovables se han convertido en una tendencia en la actualidad. Con justa razón, ya que el impacto ambiental que ha tenido el ser humano en su historia se refleja en la actualidad. Por ello la energía solar térmica es actualmente una excelente opción para reemplazar la energía convencional.

La tecnología empleada en sistemas de energía solar térmica es muy conocida en los sectores de la ingeniería y la arquitectura. El sol es la principal fuente de energía en el planeta y su aprovechamiento como recurso ha experimentado cambios muy positivos en los últimos años. Esto se debe a que la energía solar térmica cuenta con versatilidad de usos y aplicaciones, desde la más básica de obtención de calor por incidencia directa, hasta la construcción de grandes plantas de generación eléctrica.

El alcance de la energía solar térmica va ganando terreno poco a poco, aunque este avance no cuente, en un principio, con la velocidad que se estimaba en los primeros años de aparición de las primeras tecnologías comerciales.

También llamada termo solar, la energía solar térmica basa su funcionamiento en la captación de calor procedente de la radiación solar, para su aprovechamiento térmico en el agua de consumo (calefacción o agua caliente sanitaria (ACS)). Otras modalidades de energía solar térmica han avanzado hacia la obtención de electricidad, usos industriales y otras aplicaciones como el calentamiento de piscinas.

Sistema de energía solar

Las instalaciones habituales de captación de calor cuentan con los siguientes componentes:

  • Captador solar: módulos de captación de la radiación solar directa. Suelen ser placas montadas, habitualmente, en bastidores metálicos. Por su interior circula un fluido que se encarga de captar el aumento de la temperatura. Además, cuentan con un cristal que permite la entrada de radiación y una capa tratada que aumenta el nivel de captación. Dependiendo del tamaño de la instalación se puede contar con uno o varios captadores solares. Además, existen diferentes tipos de captadores, planos o de tubo de vacío (que son más eficientes).
  • Circuito hidráulico:
    • Circuito primario: circuito preparado para la captura directa del calor en el interior del captador. Debe contener un fluido que se desempeñe apropiadamente en climas extremos de frío o calor.
    • Circuito secundario: porta el agua de consumo, recibe el calor procedente del circuito primario.
    • Intercambiador de calor: parte del sistema en el que ocurre el intercambio de temperatura del circuito primario al secundario. Existen diferentes modalidades, siendo la más habitual la de tipo serpentín (para el mejor aprovechamiento de la superficie) y puede estar ubicado en el interior del acumulador.
    • Vaso de expansión: elemento de seguridad indispensable para el correcto funcionamiento de la instalación. Se encarga de absorber la dilatación del fluido cuando este se sobrecalienta.
  • Acumulador: equipo de almacenamiento del agua caliente previa a su uso.
  • Sistema de regulación y control: conjunto de elementos que permiten el correcto uso y control de la totalidad de la instalación. Entre ellos figuran, termostatos, reguladores y sensores.

Alcance de la energía solar térmica

Es posible utilizar la energía resultante de los procesos de energía solar térmica de diversas maneras. La más habitual es la producción de agua caliente, para usos en su mayoría domésticos como calefacción o ACS. En este tipo de instalaciones se cuenta con:

  • Captadores de calor: uno o varios, dependiendo de la necesidad de consumo.
  • Circuito hidráulico: compuesto por los circuitos de agua primario y secundario, el intercambiador de calor, el vaso de expansión y otras válvulas necesarias para el mantenimiento del circuito.
  • Acumulador.
  • Sistema de regulación y control: orientado al correcto funcionamiento de la instalación, evitando un mal desempeño por el sobrecalentamiento.

Otra aplicación de la energía solar térmica es la generación eléctrica, orientada especialmente a la construcción de centrales termosolares. En este modelo de generación de energía, entra en juego el empleo de los sistemas de captación solar propios de lo que se denomina la ‘energía térmica de alta temperatura’.

Las centrales termosolares están formadas por grandes campos de colectores solares encargados de captar el calor de la radiación solar. Gracias a las elevadas temperaturas que se alcanzan en estos sistemas se crea una enorme cantidad de vapor y, mediante diferentes tecnologías, se dirige este vapor hacia una turbina que accionará un generador de energía eléctrica.

En cuanto a la aplicación a procesos industriales, el calor proporcionado por esta tecnología se puede destinar para multitud de procesos en los que se requiera gran cantidad de calor, adicional a los usos habituales de calefacción y ACS. Tales procesos incluyen la cocina, procesos de desinfección y esterilización, pasteurización, etc.

Sistemas de energía solar térmica

Los diferentes sistemas de energía solar térmica se pueden clasificar en tres tipos, atendiendo al nivel de temperatura requerida para su función:

  • Baja temperatura.
  • Media temperatura.
  • Alta temperatura.

Energía solar de baja temperatura

Sistemas de energía solar térmica que funcionan con el aprovechamiento del calor a una temperatura menor de 65 ºC. Son los que más se emplean en uso doméstico y viviendas por su versatilidad, eficiencia en baja temperatura y su sencilla instalación. Una instalación térmica de baja temperatura está compuesta por los habituales elementos de esta técnica: captador o captadores solares, circuitos de agua primario y secundario, intercambiador de calor, acumulador, vaso de expansión y tuberías.

Se puede hablar de una variedad existente en el sistema hidráulico de instalaciones sencillas: que el circuito de captación de calor sea simultáneamente el del agua de consumo. A esto se llama un ‘sistema de circuito abierto’. Sin embargo, esta simplificación del sistema resulta muy poco eficiente, sobre todo en localizaciones de temperaturas extremas o con falta de seguridad en el agua de consumo. Son mucho más seguras las instalaciones habituales de dos circuitos o de circuito primario cerrado.

Energía solar térmica de media temperatura

Para conseguir mayores rendimientos, así como un mayor aprovechamiento de la temperatura que pueden alcanzar algunos tipos de captadores solares, se emplea la técnica denominada ‘solar térmica de media temperatura’.

Esta tecnología permite aprovechar intervalos de calor entre los 100 y los 300 ºC. Los captadores planos empleados en los sistemas de baja temperatura no alcanzan un buen rendimiento a esas temperaturas, por ello, deben emplearse otros modelos de captadores que estimulen el aumento de temperatura, como son los captadores de vacío o de concentración. Las instalaciones son mayores en cuanto a número y modelos de captadores.

Energía solar térmica de alta temperatura

El nombre de energía solar térmica de alta temperatura se refiere a aquellos sistemas solares que emplean temperaturas de trabajo en torno a los 500 ºC o superiores. Este tipo de instalaciones tiene como único objetivo la generación de energía eléctrica.

A pesar de que existen varias técnicas en esta modalidad, el principio de trabajo es el mismo: utilizar la energía térmica para calentar un fluido hasta transformar su estado en vapor y dirigir este vapor a una turbina que accionará un generador eléctrico. La diferencia de las tecnologías de alta temperatura radica en la forma de concentrar el calor de la radiación solar para obtener las temperaturas elevadas necesarias.

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