Otras formas de aprovechar la energía solar

Por Mariana Yanet Ugin - miembro del Programa Joven Argentina 2022 (FNGA)
3 de agosto 2022 · 17:24hs

Decir las palabras “energía solar” puede no llamar la atención, pues se trata de un concepto conocido por todos. En efecto, las tecnologías de aprovechamiento de la radiación solar han sido pioneras de entre las renovables. Estas se fueron desarrollando junto con la energía eólica, aunque la baja eficiencia de los paneles solares fotovoltaicos sumado a su alto costo, le han dado cierta desventaja respecto de los molinos de viento, especialmente en los primeros años del boom de estas fuentes de energías alternativas. Sin embargo, con el pasar de los años, la lógica de reducción de costos y los nuevos avances tecnológicos han revertido esos inconvenientes para que hoy sean ampliamente utilizados y elegidos por los consumidores.

Los paneles solares referidos hacen uso del efecto fotovoltaico para producir directamente electricidad. Pero existen otras maneras de aprovechamiento de la energía proveniente del sol que van ganando terreno, que son cada vez más comunes, y poseen la ventaja adicional de que el almacenamiento de la energía en forma de calor implica un menor costo que como electricidad, con las tecnologías actuales.

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De manera doméstica, existen colectores solares de baja y media temperatura (menor a los 95°C), que se utilizan para generar Agua Caliente Sanitaria (ACS), calefaccionar el agua de una piscina, el interior de viviendas, o incluso para asociar con un ciclo frigorífico y refrigerar un inmueble. Para ello, son utilizados normalmente los colectores solares planos, que consisten en cajas rectangulares de relativamente poco espesor (unos 5 a 10 centímetros) y unos 2 metros cuadrados, cuya cara superior es un vidrio templado que en su interior posee una placa metálica unida a conductos, por los cuales circula agua y/o glicol (entre otros), que se calientan a una temperatura mayor que la exterior. Esto se debe al efecto invernadero producido por el vidrio,que transporta la energía térmica al resto del sistema para su utilización.

Es cada vez más común ver distintos equipos de estas aplicaciones en los techos de edificaciones y por ejemplo, en España, los sistemas de calentamiento de agua sanitaria a través de energía solar comienzan a ser obligatorios en nuevas construcciones.

La tecnología tiene como limitación que debe evitarse sobredimensionar la instalación, y así evitar capacidades ociosas que impliquen un desperdicio y que dañen los equipos por sobrecalentamientos. Se utilizan por lo tanto, como apoyo a otro sistema convencional.

Un desafío a superar, sería lograr capacidad de almacenamiento de esa energía ociosa por meses, por ejemplo del verano al invierno, en los casos en que se utilice para calefacción y que varíe el requerimiento de calefacción durante el año.

Para aplicaciones de mayor escala, en donde se pueda generar energía eléctrica para contribuir a la red, se habla en cambio de colectores de alta temperatura. También se la llama energía termosolar de concentración, conocida por sus siglas en inglés CSP (Concentrated Solar Power).

Las tecnologías disponibles son varias, pero coinciden en que concentran la luz solar usando espejos o lentes. Si bien son más eficientes que los paneles fotovoltaicos, su capacidad instalada es mucho menor, tratándose de sistemas más complejos. Los distintos tipos de colectores transfieren calor a un fluido, que lo almacena, y luego éste es utilizado como fuente caliente en motores o turbinas. Estos últimos están asociados a generadores que producen finalmente electricidad.

Los concentradores del tipo cilíndrico parabólico, son las más extendidas y consisten en espejos colocados en hileras, que tienen forma parabólica y lineal, y en cuyo foco circula una tubería con el fluido a calentar. Si se utilizan aceites sintéticos, la temperatura a alcanzar es de unos 450°C, pero con agua desmineralizada no se superan los 200°C. Debido al movimiento del sol, los espejos deberán rotar sobre su eje a lo largo del día, para no perder eficiencia.

El disco parabólico o disco Stirling es un único y gran reflector parabólico, en cuyo punto focal de concentración de los rayos del sol se encuentra el receptor donde se calienta el fluido hasta temperaturas mayores a 750°C. Utiliza justamente un motor Stirling, que es de combustión externa y debe estar acoplado directamente a la fuente de calor, lo que dificulta mecánicamente el equipo.

Los sistemas con torre central o centrales de heliostatos, están compuestos por un campo de espejos (que pueden ser planos y no parabólicos) llamados heliostatos, que reflejan la luz solar hacia un colector central que se encuentra en la parte superior de una torre de gran altura. Como contrapartida al menor costo que implica un colector plano, cada uno de ellos debe tener un sistema de movimiento en dos direcciones que le permita seguir los rayos del sol durante el día. En los sistemas más modernos, el colector consiste en un depósito de sales que se funden pasados los 200°C, que se usa como fuente de calor para generar vapor a alrededor de 500°C para accionar una turbina y generar electricidad. Tiene la ventaja que a mayor temperatura, los costos de almacenamiento son menores y las eficiencias mayores, y que puede acumularse la energía en momentos de gran incidencia de rayos (durante el día) y utilizarla para producir electricidad durante la noche, por ejemplo.

Las principales plantas de centrales termosolares existentes se encuentran en España y en los Estados Unidos, en zonas desérticas. La necesidad de contar con gran cantidad de horas de exposición a los rayos del sol es el principal motivo por el cual en general se opta por esas regiones, además de para no interferir en el uso de tierras cultivables para producción de energía. Pero resuelto el cuestionamiento sobre el uso de la tierra, se presentan las desventajas de la distancia con los principales centros urbanos, requiriendo accesos para mano de obra y conexiones de red de alta tensión, además del principal y tal vez uno de los más importantes, el uso del agua en donde la misma no abunda.

Los esfuerzos cada vez más frecuentes de distintas organizaciones para la incorporación de fuentes verdes de energía, no debería llevarnos entonces ciegamente a su aplicación, sino más bien a su uso responsable. Debemos llegar a consensos y establecer puntos medios entre los objetivos a largo plazo de la sociedad en la que vivimos y/o deseamos vivir, entendiendo la limitación de recursos y las licencias que estamos dispuestos a aceptar para lograrlo.

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