Qué es la Energía Solar Térmica y para que se usa

La energía solar térmica es la energía obtenida a partir de la energía del Sol y utilizada  para producir calor. Los paneles absorben los rayos solares, los transforman en energía calorífica que posteriormente puede usarse directamente (para calentar agua, calefacción o en la cocina) o indirectamente para generar energía eléctrica.

Aunque su uso es más extendido en las casas particulares o complejos residenciales, también tiene su aplicación en la industria y el el sector de comercio o hostelería gracias a que la capacidad de almacenarla es cada vez más  grande y permite seguir utilizando la energía acumulada de noche o en días nublados.

Energía solar térmica - ventajas y desventajas

Los sistemas solares térmicos tienen varias ventajas. El combustible que los alimenta es gratuito y renovable, por lo que su funcionamiento es barato y puede sustituir a algunos combustibles convencionales.  La energía solar térmica es una fuente de energía libre de emisiones. Además, los sistemas solares térmicos son económicos de mantener,  porque utilizan tecnologías más sencillas y sistemas pasivos que no tienen partes móviles. En el caso de la ESTC, la capacidad de la tecnología para producir generación a gran escala es una ventaja para las regiones que utilizan un sistema centralizado de distribución de electricidad.

PROS:

  • Energ√≠a del Sol: una fuente gratuita, renovable e inagotable desde nuestra perspectiva
  • Energ√≠a limpia: evita la emisi√≥n de gases, causantes del calentamiento global.
  • Ahorro del consumo el√©ctrico en la mitad.
  • Independencia frente a grandes empresas el√©ctricas y continuas subidas de facturas de electricidad.
  • Funcionamiento de instalaci√≥n termosolar es relativamente barato.
  • El coste de instalaci√≥n recuperable a mediano plazo.

Aunque abundante, muchos aspectos de la luz solar pueden causar problemas para el uso de los sistemas solares térmicos. El Sol no es una fuente de energía muy concentrada, por lo que puede requerir una gran superficie para producir una cantidad razonable de energía. La luz solar, por razones obvias, también es intermitente y su disponibilidad depende de nuestra ubicación.

CONTRAS:

  • La energ√≠a del Sol llega dispersa y se pueden requerir una gran superficie de colectores para conseguir la energ√≠a necesaria.
  • La energ√≠a es disponible s√≥lo de d√≠a, y no 24 horas al d√≠a.
  • Instalaciones en zonas remotas a√Īaden el problema de la transmisi√≥n de energ√≠a a largas distancias.
  • El coste inicial puede resultar caro.

A veces la situación de las instalaciones solares térmicas plantea problemas adicionales para la tecnología.  Muchas de ellas se encuentran normalmente en zonas remotas y desérticas y, dado que las turbinas de vapor producen electricidad para la energía solar térmica de concentración, el acceso al agua y la evaporación rápida son preocupaciones clave para la viabilidad de la tecnología.  Además, la transmisión de electricidad a grandes distancias es costosa y puede provocar pérdidas en la distribución.

Los desafíos prácticos, así como los costes iniciales de capital y el conocimiento de las tecnologías termosolares, también pueden ser obstáculos para su aplicación en algunos países.

Tipos de colectores de energía solar térmica

Los colectores de energía solar térmica están clasificados en tres tipos:

  • Colectores de baja temperatura: placas planas usadas con el fin de calentar agua.
  • Colectores de media temperatura: placas planas destinadas calentar agua y/o aire para usos residenciales, hosteleros o comerciales.
  • Colectores de alta temperatura: concentran la luz del Sol sirvi√©ndose de espejos o lentes, y su fin normalmente es el de producir la energ√≠a el√©ctrica.

Energía solar termoeléctrica: funcionamiento

La energía solar térmica utiliza la radiación solar para aumentar la energía interna de un elemento. Dicho de manera más simple y clara: para calentar un elemento, por ejemplo un fluido.

Normalmente se calienta un líquido, para poder después transportar esta energía más fácilmente al lugar donde se quiere aprovecharla.

Energía termosolar: componentes de instalación

Una instalación solar térmica consta de: captadores solares, un circuito primario y secundario, intercambiador de calor, acumulador, vaso de expansión y tuberías. Los sistemas de circulación de agua forzados necesitan ademas algunos elementos adicionales, como bombas. En el sistema de termosifon son las leyes de fisica que mueven el liquido gracias a la diferecnia de densidad por cambio de etmperatura.

Los elementos principales de una instalación solar térmica son:

  • Captadores solares. Pueden ser de placa plana,¬† de tubos de vac√≠o sin o con tubo de cobre.
  • Circuito primario. Un circuito cerrado que sirve para transportar el calor desde captadores hasta el sistema de almacenaje del calor (acumulador). El liquido caliente circula desde los captadores (placas) hasta el almac√©n, y despu√©s de enfriarse vuelve a los captadores.
  • Intercambiador de calor. Situado en el circuito primario y tiene forma de serpent√≠n, pasa el calor captado al liquido del ciruito primario.
  • Almacenamiento. El acumulador de almacenamiento es un dep√≥sito donde se guarda el agua calentada.
  • Circuito secundario. En caso de usar la instalaci√≥n para calentar el agua de uso corriente, el circuito secundario (circuito de consumo) es una circuito abierto de agua, conectado a la instalaci√≥n domestica o industrial para suministrar el agua en los grifos. Si el sistema se usa para calefacci√≥n, el sistema secundario conecta las tuber√≠as de los radiadores con la instalaci√≥n solar.
  • Sistema de apoyo convencional. Bombas. Las bombas se usa en instalaciones de circulaci√≥n forzada.
  • Vaso de expansi√≥n.
  • Tuber√≠as.
  • Panel de control.

Cuáles son los usos de la energía termosolar en casa

En casas unifamiliares es muy com√ļn ver colectores solares. La funci√≥n de estos elementos,¬† es calentar agua ¬†sanitaria para uso dom√©stico o para calefacci√≥n. Por lo general, son sistemas de apoyo, pero permiten ahorros financieros considerables. La instalaci√≥n de estos colectores solares es muy popular en ciertas √°reas debido a su bajo costo de instalaci√≥n.

En general, siguiendo el informe IDAE, los usos y aplicaciones de las instalaciones termoeléctricas  podemos clasificar de la siguiente manera:

  • Producci√≥n de agua caliente sanitaria
  • Sistemas de calefacci√≥n
  • Climatizaci√≥n de piscinas
  • Refrigeraci√≥n en edificios
  • Usos en la industria
  • Otras aplicaciones

Energía solar termoeléctrica para calefacción

La calefacción es uno de los usos principales de la energía termosolar. El calor pasa directamente al circuito de calefacción, normalmente para servir de apoyo a la instalación tradicional y así disminuir el uso de la caldera, pasando a la caldera el agua el agua previamente precalentada.

La instalación de calefacción junta el circuito del agua de la caldera con el dispositivo solara, por el cual fluye el liquido calentado por el captador solar.

Precios y rentabilidad de la instalación de energía termosolar

En cuanto a los aspectos económicos, debemos intentar responder a algunas preguntas básicas, tales como si es un tipo de energía rentable, cuál es su coste, cuánto tiempo se necesita para amortizar la inversión, y cuánto cuesta el mantenimiento.

Aunque los componentes y la instalación en si siguen necesitando un desembolso económico fuerte, está demostrado que a medio plazo la inversión se amortiza, y, más importante aun, los beneficios se ven desde el primer mes de funcionamiento. El ahorro medio en combustible de una casa particular suele rondar unos 75-125 euros anuales. Puede parecer poco a primera vista, pero hay que tener en cuenta también las ganancias en independencia de los vaivenes del mercado y de los precios en auge de la energía tradicional.

El coste depende del tipo de instalaci√≥n (individual o colectiva) y el precio medio de una instalaci√≥n de placa plana oscila entre los 600 y los 800 euros por metro cuadrado y disminuye de manera progresiva segun los metros de superficie instalada. En construcciones nuevas, ya preparadas para este tipo de instalaciones integradas en el dise√Īo, el precio baja considerablemente.

Los precios dependen también del uso que vamos a dar a la energía captada (solo agua caliente sanitaria, o también calefacción secundaria, uso en la cocina, etc.) y de la zona geográfica.
Seg√ļn el estudio citado, una vivienda familiar necesita entre 2 y 4 m2 de superficie de captaci√≥n solar, mientras que una comunidad residencial de vecinos debe instalar entre 1,5 y 3 m2 por familia.

Hay que subrayar que cada caso necesita un estudio de instalaci√≥n previo, para optimizar los gastos y aumentar los beneficios. Muchas Comunidades Aut√≥nomas, igual que el Gobierno de Espa√Īa, ofrecen varias ayudas econ√≥micas, subvenciones y programas de apoyo que pueden abaratar todav√≠a m√°s la instalaci√≥n, que no suele pasar de 1200 euros por vivienda.

En cuanto a la posibilidad real de amortizar la inversi√≥n a medio y largo plazo, hay que se√Īalar que la vida media de una instalaci√≥n de energ√≠a solar t√©rmica es de unos 25-30 a√Īos de vida √ļtil.

Energ√≠a solar t√©rmica en Espa√Īa

Actualmente, entre los pa√≠ses europeos, Espa√Īa, con el 6% del total del mercado de nuestro continente, ocupa el cuarto puesto en cuanto el aprovechamiento de la energ√≠a solar t√©rmica, dejando atr√°s pa√≠ses como Italia, Francia o Reino Unido.

En cuanto a la industria de fabricaci√≥n de los componentes e infraestructuras, Espa√Īa tiene gran potencial en cuanto a fabricaci√≥n de paneles t√©rmicos. Sin embrago, seg√ļn los datos del a√Īo 2016, a pesar de tener la capacidad de producci√≥n de 1,3 millones de m2 de colectores, s√≥lo se fabric√≥ 149.500 m2, de las cuales gran parte fue exportada y s√≥lo 63.500 m2 se instalaron en el territorio espa√Īol.

Quién y dónde inventó la energía solar térmica

Hay registros de calentamiento solar de agua que se remontan a m√°s de cien a√Īos, desde 1896, cuando se invent√≥ en los Estados Unidos.

Los primeros ejemplos de calentadores de agua solares fueron esencialmente cajas pintadas de negro y llenas de agua. Una de los principales problemas y desventajas de este sistema era que el agua se calentaba durante todo el día, incluso en condiciones óptimas, pero perdía calor rápidamente por la noche, ya que no había medios de aislamiento ni de retención del calor.

Clarence Kemp inventó un nuevo sistema que aumentó la capacidad de los calentadores de agua solares para retener el calor. Sus mejoras en el sistema significaron que, por primera vez, el calentamiento solar del agua se hizo comercialmente viable a gran escala. El sistema fue el primer calentador de agua por lotes e incorporó el almacenamiento y la recolección de agua caliente dentro de una caja de madera.