Usos y aplicaciones de la energía térmica solar

Este año significó un paso importante en la energía térmica solar en Sudamérica, pues en junio se inauguró la primera planta de este tipo en el desierto de Atacama, Chile. 

Bautizada como La Planta de Concentración Solar en Potencia (CSP), ocupa una área de mil hectáreas, está ubicada en una de las zonas de mayor nivel de radiación solar del mudo y a diferencia de otras plantas fotovoltaicas o eólicas tiene la capacidad de generar electricidad durante horas, incluso durante la noche. 

Lo especial de esta planta es que cuenta con 10.600 helióstatos, 392.000 paneles solares y una torre de 250 metros de altura. Además, tiene la capacidad de generar 210 megavatios de energía limpia para abastecer a unos 380 mil hogares y de ayudar a evitar la emisión de unas 630.000 toneladas anuales de CO₂. 

Pero, ¿qué es la energía térmica solar?, y ¿cuáles son las ventajas y usos? Si quieres conocer la respuesta a estas y otras preguntas, continúa leyendo para conocer más sobre esta fuente ilimitada de energía.   

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Antes de dar respuesta a las preguntas antes planteadas, es clave entender de qué se trata la energía térmica solar y las diferencias que tiene con otros sistemas de energía solar, como los paneles fotovoltaicos. 

La energía solar térmica (STE, por sus siglas en inglés) se refiere al calor generado por la radiación solar. Esta energía se utiliza en aplicaciones industriales, comerciales y residenciales, a través de diferentes tecnologías, incluida la producción de vapor, sistemas de calefacción y refrigeración, e incluso la generación de electricidad. 

Por medio de la STE se puede producir temperaturas que van desde los 45° C hasta más de 300° C, lo que lo hace potencialmente útil para una amplia gama de sectores, como alimentos y bebidas, fabricación de textiles, producción química y minería. 

Este calor generalmente se concentra usando espejos (helióstatos) y luego se usa para calentar agua. El agua caliente se usa en residencias o negocios o se calienta hasta que se convierte en vapor que puede usarse para hacer girar turbinas para generar electricidad.

En ese orden de ideas y ejemplificando con la planta en Chile, los 10.600 espejos se encargan de seguir la trayectoria del sol para captar la radiación y redirigirla hacia la torre de 250 metros de altura que hace las veces de receptor y donde circulan sales fundidas a una temperatura de 560º C transfiriendo el calor a un circuito que impulsa una turbina de vapor para generar energía eléctrica.

A simple vista, ambos parecen sistemas similares, pues usan el calor del sol para generar energía, pero no son lo mismo. Estas son algunas de las principales diferencias entre ambos. 

• La primera gran diferencia es el almacenamiento. Mientras en la energía fotovoltaica se usan baterías para almacenar la energía proveniente del sol, en la térmica se usan depósitos de agua.   
• La energía térmica solar es usada principalmente para calentar fluidos, lo que facilita la producción de electricidad a través de turbinas activadas por el vapor del agua. Por su parte, la energía fotovoltaica funciona para alimentar motores y otros dispositivos eléctricos. 
• La energía térmica aprovecha el calor del sol, mientras que la fotovoltaica convierte la luz en electricidad.

Usos y aplicaciones

La energía solar térmica destaca por su versatilidad y eficiencia, lo que la convierte en una opción atractiva para diversos sectores. A continuación, exploramos en detalle algunos de sus usos más comunes:

Calefacción de agua

La calefacción de agua es una de las aplicaciones más extendidas de la energía solar térmica, tanto a nivel residencial como industrial. Mediante el uso de colectores solares, la energía del sol se captura y se transfiere al agua a través de sistemas activos o pasivos.



• Sistemas activos: en este tipo de sistemas, se utiliza una bomba para hacer circular el agua o un fluido calo portador a través de los colectores solares. El agua calentada se almacena en un tanque o caldera para su posterior uso. Este enfoque es ideal para aplicaciones que requieren grandes volúmenes de agua caliente, como hoteles, hospitales y plantas industriales.
• Sistemas pasivos: en estos sistemas, no se necesita una bomba, ya que el calor se transfiere mediante circulación natural. Aunque su capacidad es menor, son más económicos y de bajo mantenimiento, ideales para hogares y pequeñas empresas.

Además de proporcionar agua caliente sanitaria, este sistema puede utilizarse para calentar piscinas, manteniéndolas a una temperatura agradable durante todo el año y reduciendo los costos asociados al uso de electricidad o gas.

La calefacción de espacios mediante energía solar térmica es una solución sostenible para mantener los hogares confortables, especialmente en regiones con climas fríos. En este caso, la energía capturada se almacena en una masa térmica, como paredes, pisos o depósitos de agua, que posteriormente liberan el calor acumulado para calentar el ambiente.

Existen dos enfoques principales para la calefacción solar de espacios:



• Sistemas de calefacción directa: estos sistemas transfieren el calor capturado por los colectores solares directamente al aire o a un fluido que circula por la vivienda, proporcionando calor de manera inmediata.
• Sistemas de almacenamiento térmico: utilizan materiales con alta capacidad térmica para acumular energía durante el día y liberarla lentamente por la noche. Esto no solo mejora la eficiencia, sino que también permite mantener una temperatura constante incluso cuando no hay radiación solar directa.

Un aspecto innovador de esta tecnología es su capacidad para proporcionar refrigeración solar. Mediante sistemas avanzados que aprovechan el ciclo de condensación y evaporación, es posible enfriar espacios y deshumidificador el aire, utilizando equipos de adsorción o absorción que funcionan con energía solar.

El secado de cultivos es una aplicación estratégica de la energía solar térmica en el sector agrícola. Este proceso, que tradicionalmente depende de combustibles fósiles o métodos rudimentarios, se puede realizar de manera más eficiente y sostenible mediante sistemas solares térmicos.

La tecnología solar permite un secado controlado de productos como cereales, café, frutas, tabaco, pescados y verduras. Esto es particularmente relevante en países en desarrollo, donde el acceso a tecnologías avanzadas puede ser limitado.

Los beneficios del secado solar térmico incluyen:



• Mejora de la calidad del producto: el secado controlado evita la proliferación de hongos y bacterias, garantizando productos más higiénicos y duraderos.
• Reducción de costos: al eliminar o reducir el uso de combustibles fósiles, los costos operativos disminuyen significativamente, mejorando la rentabilidad para los agricultores y productores.
• Impacto ambiental positivo: al utilizar energía limpia, se reduce la huella de carbono asociada al procesamiento de cultivos, contribuyendo a prácticas agrícolas más sostenibles.

Por ejemplo, en la producción de café, un cultivo altamente sensible a la humedad, el secado solar asegura que los granos conserven su calidad y sabor característicos. De igual manera, en la industria pesquera, el secado solar térmico prolonga la vida útil del pescado sin recurrir a químicos o conservantes artificiales.

La industria es uno de los sectores donde la energía solar térmica puede tener un impacto significativo. Muchas operaciones industriales requieren calor a altas temperaturas, y la energía solar térmica puede satisfacer estas necesidades de manera limpia y eficiente.



• Industria automotriz: se utiliza en procesos como el tratamiento del caucho para fabricar neumáticos y en la limpieza y desengrasado de piezas y carrocerías antes de pintarlas.
• Industria alimentaria: facilita procesos como el macerado, secado y cocción en la producción de cerveza, así como el calentamiento o refrigeración de otros productos alimentarios.
• Industria papelera: ayuda en la obtención de pastas químicas para la fabricación de papel y en el secado del mismo, reduciendo costos y emisiones.
• Industria textil: es útil en procesos como el lavado, blanqueo y teñido de telas, optimizando el uso de energía y mejorando la calidad del producto final.

Desde mejorar la calidad de vida en los hogares hasta impulsar la eficiencia en procesos agrícolas e industriales, la energía solar térmica demuestra ser una tecnología versátil y beneficiosa. Su implementación no solo ayuda a reducir costos energéticos, si no que también fomenta un uso más responsable de los recursos naturales, contribuyendo al desarrollo sostenible.

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De acuerdo al reciente informe publicado Renewables 2021 Global Status Report de REN21, la participación de los combustibles fósiles en la demanda total de energía final es tan alta como hace una década. 

Si bien las energías renovables crecieron casi un 5% anual de 2009 a 2019, la participación de los combustibles fósiles se mantuvo en alrededor del 80% durante el mismo período. Y con los subsidios a los combustibles fósiles en 2019 por un total de USD 550 mil millones, casi el doble de la inversión total en energías renovables, los últimos 10 años de promesas de política climática han demostrado ser en su mayoría palabras vacías.

El informe también reveló que los usos finales eléctricos representaron solo el 17% del consumo total de energía final (TFEC). El sector del transporte representó un 32% estimado de TFEC y tuvo la participación más baja de energías renovables (3.3%). Los usos restantes de energía térmica, que incluyen calefacción de espacios y agua, refrigeración de espacios y calor de procesos industriales, representaron más de la mitad (51%) de TFEC; De esto, las energías renovables suministraron alrededor del 11%. 

A partir de 2019, la energía renovable moderna (excluyendo el uso tradicional de biomasa) representó aproximadamente el 11,2% del TFEC, frente al 8,7% de la década anterior. A pesar del tremendo crecimiento en algunos sectores de energía renovable, la proporción de energías renovables ha aumentado sólo moderadamente cada año. Esto se debe al aumento de la demanda mundial de energía, el consumo continuo y la inversión en nuevos combustibles fósiles y la disminución del uso tradicional de biomasa (que ha llevado a un cambio hacia los combustibles fósiles).