¿Cómo se transforma la energía solar en energía térmica?

El uso de la energía radiante del sol para generar calor a nivel doméstico e industrial se encuentra en franca tendencia, diferenciándose de los conocidos paneles solares, que directamente producen electricidad. Pero, ¿te has preguntado cómo se transforma la energía solar en energía térmica?

La energía solar térmica (también llamada energía termosolar) es considerada como una de las principales fuentes de energía renovable en la actualidad, siendo útil para múltiples propósitos, desde la producción de agua caliente hasta calefacción por suelo radiante.

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Acompáñanos a conocer en este artículo para qué se usa la energía solar térmica y cuál es la tecnología de transformación energética que se requiere para obtener este recurso.

¿Qué es la energía solar térmica?

La energía solar térmica es aquella que aprovecha la radiación solar -que es abundante y gratuita- para calentar agua o cualquier otro fluido para diversos fines, sin generar emisiones contaminantes como ocurre con las tecnologías que usan combustibles fósiles. (1)

Los sistemas de este tipo tienen características diversas y complejas, pero si algo tienen en común es en qué se puede transformar la energía del sol en calor de forma eficiente. Pero, ¿cómo se transfiere la energía térmica? Existen tres maneras: conducción, convección y radiación.

Funcionamiento de la energía solar térmica

La clave para saber cómo se transforma la energía solar en energía térmica radica en los captadores o colectores. Estos dispositivos se encargan de captar los rayos de sol, pero a diferencia de la energía solar fotovoltaica, emplean la luz solar para calentar un fluido caloportador, con el objetivo de proporcionar calor o electricidad.

Los colectores se agrupan de acuerdo al grado de temperatura que son capaces de alcanzar, lo que determinará su uso. Así, encontramos colectores de baja, media y alta temperatura. Mientras los primeros son comunes en viviendas, los últimos pueden generar energía eléctrica a grandes escalas.

¿Cómo se consigue hacer el proceso de transformación?

Básicamente, las instalaciones de este tipo funcionan captando la energía primaria del sol para transformarla a través del incremento de temperatura de un fluido de trabajo, el cual cede energía térmica al agua o aire utilizando un intercambiador de calor.

Tipos de sistemas solares térmicos

Para aprovechar los beneficios de la radiación solar, es posible recurrir a diferentes sistemas solares térmicos (SST). Dadas sus características, podemos clasificarlos de diferentes formas.

Por el principio de circulación

Estos sistemas crean circulación continua de dos formas. En el caso de los sistemas termosifónicos, la circulación se produce por gravedad, sin bombas ni controladores para movilizar el fluido entre el colector y el acumulador. Simplemente, el agua caliente fluye hacia el tanque de almacenamiento, mientras que el agua fría fluye hacia abajo, creando una circulación natural.

En tanto, los sistemas de circulación forzada sí emplean una bomba para circular el fluido caloportador dentro del colector, además de sensores de temperatura. La bomba se activa al registrar el nivel de calor adecuado. (2)

Por sistema de transferencia de calor

En esta categoría tenemos los sistemas termosolares directos e indirectos. Los primeros son más sencillos y económicos, ya que emplean el mismo líquido en el colector y el acumulador. Sin embargo, solo son convenientes en climas calurosos, pues en condiciones frías el colector podría dañarse.

Los sistemas indirectos o secundarios son circuitos cerrados que disponen de un fluido en el colector que lleva el calor hacia el agua de consumo del acumulador a través de algún medio de intercambio. Se utilizan en climas fríos, gracias a sus propiedades anticongelantes.

Por diseño

También es posible lograr que la energía solar se transforme en energía térmica a través de sistemas compactos o diseñados a medida.

Los equipos compactos son aquellos fabricados por una marca, que incluyen características predeterminadas y están listos para instalar. Suelen ser de uso exclusivo para agua caliente sanitaria.

Por su parte, los sistemas solares a medida son los que se diseñan de acuerdo a las necesidades del usuario. Los componentes se prueban por separado y luego se integran para un análisis general.

Por presión de trabajo

Una cuarta forma de clasificar los SST es por presión de trabajo. Las instalaciones en este caso pueden ser abiertas o cerradas.

En los sistemas abiertos, el depósito de acumulación donde circula el agua para consumo funciona con presión atmosférica, y en los sistemas cerrados el agua está presurizada a una presión determinada, y no tiene contacto con la atmósfera.

Usos de la energía solar térmica

Teniendo una mejor idea sobre cómo se transforma la energía solar en energía térmica, veamos de qué forma se puede emplear este recurso tan versátil.

• Producción de agua caliente sanitaria.
• Soporte para calefacción.
• Calentamiento o climatización de piscinas.
• Producción de energía eléctrica.
• Calefacción por suelo radiante o radiadores.
• Etc.

Ventajas y desventajas de la energía solar térmica

Ventajas

• Es un medio ecológico para la obtención de energía.
• En la mayoría de casos, los sistemas se instalan de forma rápida y sin necesidad de grandes obras.
• Reduce o elimina la dependencia de la red eléctrica pública.
• Combate el cambio climático y reduce la huella de carbono.
• Los sistemas son muy versátiles y se adaptan a múltiples aplicaciones.

Desventajas

• Requiere de una inversión inicial significativa en la mayoría de casos.
• Su efectividad depende de factores como la localización de la vivienda.
• Es una fuente de energía intermitente.
• Los sistemas requieren de mantenimiento regular e inspecciones para prolongar su vida útil.

¿Por qué empezar a utilizar energía solar térmica?

Más allá de sus puntos positivos y los desafíos que conlleva, empezar a utilizar energía solar térmica en viviendas y negocios es una decisión acertada, ya que es una energía limpia y sostenible que refleja a la perfección los modelos de autoconsumo que muchas personas buscan en la actualidad.

En relación a los costos, la inversión inicial en energía solar térmica se puede ver compensada con los ahorros que generará mes a mes en la factura energética. Se estima que el ahorro energético llega a superar el 50%.

Por último, es importante recordar que estamos ante una solución energética baja en emisiones de CO2, cuyos beneficios superan sus limitaciones.

Bibliografía APA

(1) Schmerler, D., Velarde, J., Rodríguez, A., Solís, B. (Editores) (2019) Energías Renovables: Experiencia y Perspectivas en la Ruta del Perú hacia la Transformación Energética. Osinergmin. Lima-Perú https://www.osinergmin.gob.pe/seccion/centro_documental/Institucional/Estudios_Economicos/Libros/Osinergmin-Energias-Renovables-Experiencia-Perspectivas.pdf

(2) Navntoft, C., Cristófano, M. (2019) Introducción a la Energía Solar Térmica. Secretaría de Energía. Ministerio de Hacienda, Presidencia de la Nación. Argentina https://www.argentina.gob.ar/sites/default/files/manual_introduccion_a_la_energia_solar_termica_final.pdf