cuadernos energias renovables para todos solar termica

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Energía Solar Térmica

Pep Puig, Marta Jofra

EL SOLLa radiación solar tiene su origen en el Sol,una delas más de 135.000 millones de estrellas de la VíaLáctea.El Sol es un inmenso reactor de fusión ter-monuclear que quema cada segundo 600.000.000toneladas de hidrógeno a 20 millones de gradosKelvin, irradiando una cantidad de energía equiva-lente a 3,7x1023 kW, lo que representa 64.070kW por m2 de superficie solar.

El Sol está localizado a una distancia media de150 millones de kilómetros respecto de la Tierra,distancia conocida como unidad astronómica(UA) y tiene una vida estimada de varios miles demillones de años, por lo cual tenemos aseguradosu funcionamiento seguro y sin ningún gasto deinversión ni mantenimiento.

LA RELACIÓN ENTRE EL SOLY LATIERRACualquier persona que quiera aprovechar laenergía solar debe ser capaz de responder a lapregunta de qué cantidad de energía llega al lugardonde prevé realizar la captación, cada hora, cadames, cada año o en promedio (horario, mensual,anual). Para ello es necesario comprender el mo-vimiento relativo de la Tierra y el Sol. La Tierra gi-ra alrededor del Sol describiendo una órbita elíp-tica. Al mismo tiempo, la Tierra gira sobre ellamisma alrededor de un eje, tardando un día enhacer este giro.

De toda la energía irradiada por el Sol, el sis-tema atmósfera–Tierra intercepta durante suviaje alrededor del mismo sólo una parte:el equi-

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2º SOLARTERMICA 19/11/06 09:30

valente a 1,7x1014 kW, lo que representa queuna superficie perpendicular a los rayos solaresrecibe 1.367 W/m2. Esta unidad se conoce comoconstante solar.

En la superficie terrestre la insolación diariaqueda bastante alejada de los niveles extra-at-mosféricos, por efecto de la absorción, la refle-xión (efecto “albedo”) y la dispersión de radia-ción por parte de las nubes y del resto deelementos químicos en suspensión que, ademásde recortar los niveles de radiación directa quellega a la Tierra la transforman en radiación difu-sa. Como ejemplo, en días soleados mas del 90%de la radiación es directa, superando 1.000 W/m2

a nivel de la superficie de la Tierra; en cambio, pa-

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Declinación (Estación correspondiente al hemisfero norte)

Equinocio de primavera21 de marzo

Equinocio de otoño 21 de septiembre

Fuente: Rosas, M.;Cendra, J.

La energía solar que absorbe la Tierra es del orden de 19.000 kW/habitante, lo que equivaldría a lapotencia de 120 millones de reactores nucleares de 1.000 MW.

Altitud,cénit y azimut solar(Para el hemisferio norte)

AltitudsolarO E

N

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Punto de la superficieterrestre

Zénitsolar

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Azimutsolar

Fuente: Rosas, M.;Cendra, J.

Solsticio de verano 21 de junio

δδ = + 23,45

δδ = - 23,45 º

Solsticio de invierno

21 de dicembre


ra días seminublados se reduce hasta 600 W/m2,en días nublados llega a 300 W/m2 y en días conniebla se puede llegar hasta 100 W/m2.

La fracción de energía solar absorbida por laTierra equivale a 1,2x1014 kW, lo que represen-ta más de 19.000 kW/habitante, la potencia co-rrespondiente a 120 millones de reactores nucle-ares de 1.000 MW de potencia eléctrica unitariao 340.000 veces la potencia nuclear instalada enel mundo.A lo largo de un año representa 14.000veces el consumo energético mundial o 28.000veces la producción mundial de petróleo.

El eje perpendicular al eje de rotación de laTierra está inclinado 23,45º respecto al plano or-bital marcado por la línea Tierra-Sol, con lo cualel eje que forman el Ecuador terrestre y el planoorbital varia a lo largo del año entre + 23,45º. Es-te ángulo es lo que conocemos como declina-ción, y da lugar a las distintas estaciones del año,ya que hace que los rayos del Sol incidan con ma-yor o menor ángulo sobre la superficie terrestre.

La posición relativa del Sol en el firmamentorespecto a un punto de la superficie terrestre sepuede definir por dos ángulos: la altitud solar–que es el ángulo entre la línea que pasa por elpunto y el Sol, y la línea tangente a la superficieterrestre– y el acimut solar –que es el ángulo en-tre la proyección del Sol en el horizonte y la líneanorte-sur (toma valores positivos hacia el este ynegativo hacia el oeste en ambos hemisferios). Elángulo complementario a la altitud solar se de-nomina zenit solar. La posición del Sol en el fir-mamento dependerá, pues, de la situación delpunto en la Tierra, de la época del año y del mo-mento del día.

Por todo ello, para vencer los efectos que ladeclinación tiene sobre el ángulo de incidencia dela radiación solar y conseguir interceptar esta ra-diación de la forma más perpendicularmente po-sible, los captadores solares tienen que estar in-

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Balance energético en la biosfera

Superficieterrestre

Gases y polvoNubes

Fuente: Doménech, X.

Radiación directa

Radiación difusa

ReemisiónReemisión

Absorción Absorción

Emisión deradiación de

onda larga

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clinados un cierto ángulo respecto al suelo, y a lavez orientados lo más al sur posible.

EL APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍASOLAR PARA USOS TÉRMICOSAprovechar la energía solar es captarla y conver-tirla en energía útil para la humanidad. Pero el resultado neto de este aprovechamiento es elmismo que si no hubiese habido interferencia hu-mana en el proceso de irradiación hacia el espa-cio exterior. La captación y el uso de le energíadel Sol sólo significa un retraso o un desfase en elproceso, como resultado del aprovechamientohumano o del aprovechamiento que realizan losprocesos naturales de las plantas verdes (fotosín-tesis).

FUNCIONAMIENTO DE LOS SISTEMASSOLARES TÉRMICOS

El principio básico común a todos los sistemassolares térmicos es simple: la radiación solar escaptada y el calor se transfiere a un medio porta-dor de calor,generalmente un fluido –agua o aire–.El medio calentado se puede usar directamente–como por ejemplo en el caso de las piscinas–, oindirectamente, mediante un intercambiador decalor que transfiere el calor a su destino final –porejemplo, la calefacción de un ambiente–.

LOS CAPTADORES (O COLECTORES) SOLARES

El sistema más conocido de aprovechamien-to de la energía solar es el captador solar,que ab-sorbe la radiación del Sol y transmite la energíaabsorbida a un fluido portador (principalmenteagua, aunque también se puede utilizar aire o unamezcla de agua con otros líquidos). El colector,además de absorber la radiación solar, emite ra-diación térmica y pierde energía por conduccióny convección. Los colectores solares que se co-mercializan actualmente tienen un elevado gradode absorción (minimizando la reflexión y latransmisión) y un bajo nivel de pérdidas calorífi-cas. Si el colector está unido a un depósito de al-

macenamiento, entonces el fluido irá transpor-tando el calor hacia el depósito, donde la tempe-ratura del fluido irá aumentando.

Se han diseñado distintas y avanzadas versio-nes de colectores solares térmicos con el objeti-vo de incrementar la cantidad de energía absor-bida y disminuir las pérdidas. Los más comunesson los colectores planos, que utilizan como flui-do el agua. La mayoría de colectores solares pla-nos son colectores con vidrio, aunque tambiénlos hay sin él. En la actualidad también se comer-cializan colectores solares tubulares de vacío,con los que se consiguen temperaturas mas ele-vadas. Existen otro tipo de colectores que utili-zan aire como fluido.

El principio de funcionamiento del colectorsolar se basa en la trampa de calor que una su-perficie acristalada produce (conocido comoefecto invernadero). La radiación incidente delSol, de onda corta, atraviesa el cristal y es absor-bida por una superficie que se calienta. Ésta, a suvez, emite radiación térmica (de onda larga), pe-ro esta radiación es atrapada por el cristal, queimpide su paso.

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A la derecha, colector disco parabólico que construyó el francés Mouchot en 1874. Fue expuestoen la Exposición Universal de París de 1878. Dos años después, un ayudante suyo expuso otrocolector en los jardines de las Tuilleries con el que accionaba una máquina de vapor que, a suvez, accionaba una rotativa, donde se imprimieron 500 ejemplares del “Journal Soleil”.


Los primeros colectores planos comercialesprocedían de una patente realizada por C.L.Kemp,de Baltimore (Maryland, 1891). Se denominabanClimax y en el año 1900 ya había instalados más de1.600 sistemas de este tipo en California.

Para el aprovechamiento de la energía solarse pueden distinguir dos grandes grupos de siste-mas, según necesiten o no algún aporte adicionalde energía para hacer posible que la energía solarcaptada pueda utilizarse, como energía térmica,en el lugar donde se necesita.

SISTEMAS SOLARES CONAPORTE ADICIONAL DE ENERGÍA

Los sistemas de aprovechamiento solar ne-cesitan, muchas veces, alguna fuente de energíaadicional para el accionamiento de los elemen-tos de circulación del fluido.Tal es el caso de lasinstalaciones para agua caliente sanitaria o/y ca-lefacción, tanto si utilizan colectores planos co-mo tubulares de vacío. Es lo que se conoce co-mo circulación forzada, y se utiliza sobre todoen el norte y el centro de Europa. Mediante unabomba de circulación se puede situar el acumu-lador solar en el interior de un edificio, lo cualpermite una mejor integración del sistema. Sonmás flexibles, pero también más complejos, puesrequieren una bomba y un controlador.

Ya en el año 1909,W.J.Bailey empezó a ven-der unos revolucionarios sistemas solares quesuministraban agua caliente, las 24 horas del día,con Sol o en días nublados. Lo conseguía sepa-rando el sistema de captación del de almacena-miento. Era el nacimiento de la tecnología quehoy se ha generalizado para el calentamientodel agua a partir del Sol.A finales de la PrimeraGuerra Mundial, Bailey había instalado más de4.000, bajo la marca comercial 'Día y noche'.

En 1938 un equipo de ingenieros del MIT(Massachusetts Institute of Technology), de Esta-dos Unidos, dirigidos por Hoyt Hottel, iniciaron

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Esquema de sistema solar térmico con aporte adicional de energía para una vivienda■■ 1 Colector■■ 2 Tanque■■ 3 Intercambiador

de calor

■■ 4 Unidad de control y bomba de circulación

■■ 5 Tanque de expansión■■ 6 Calentador de apoyo■■ 7 Consumidor Fuente: ESTIF (2003),

Sun in Action II: A Solar Thermal Strategy for Europe

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Esquema de una instalaciónsolar térmica sin aporte adicional de energía (termosifón)

Fuente: ESTIF (2003), Sun in Action II: A Solar

Thermal Strategy for Europe

colector

agua fría

agua caliente

acumulador

La foto en blanco y negro de la derecha es la casa con colectores solares diseñada en 1938 por unequipo del Massachusetts Institute of Technology.Al lado, anuncio de Climax, los primeroscolectores comerciales; en 1900 ya había instalados más de 1.600 sistemas de este tipo enCalifornia.


dos décadas de investigación en torno a la apli-cación de colectores solares para calentamien-to de viviendas. Diseñaron y construyeron unavivienda con colectores solares en el tejado,quealmacenaba la energía del Sol en forma de aguacaliente en un depósito subterráneo de 65.000litros, situado en el subsuelo de la misma. La se-gunda guerra mundial interrumpió este trabajo.

Mientras los proyectos del MIT se paraliza-ban, un ingeniero que había participado en eseproyecto, Dr. George Löf, desarrolló un sistemade aprovechamiento de la energía solar median-te colectores solares planos de aire situados enel tejado de un edificio, preocupado por la posi-ble escasez de la energía debido las necesidadesde combustible de la maquinaria militar durantela Segunda Guerra Mundial.

Finalizada la guerra el equipo del MIT volviósobre la vivienda con colectores solares e intro-dujeron algunas modificaciones: dotarla de unafuente de energía auxiliar y equiparla con gran-des ventanales en su fachada sur. Durante dosaños fue ocupada por una familia y monitoriza-da completamente. El resultado fue espectacu-lar: casi tres cuartas partes de las necesidades

de calefacción fueron cubiertas mediante laenergía solar.

Al mismo tiempo, en Dover (Massachu-setts), la Dra. María Telkes decidió investigar laspropiedades de los materiales que cambian deestado según la temperatura. Utilizó las deno-minadas sales de Glauber que tienen una capa-cidad de acumulación de calor 7 veces superioral mismo volumen de agua.

LOS SISTEMAS SIN APORTEADICIONAL DE ENERGÍAUno de los ejemplos más elementales de es-

tos sistemas es el constituido por el conjunto for-mado por una habitación en la cual hay una aber-tura acristalada en la cara sur. La radiación solarpenetra en el recinto a través del acristalamiento,calentando el aire y las paredes, remitiéndose alexterior sólo una pequeña fracción de la radia-ción incidente en la superficie del acristalamiento.

También se incluye en estos sistemas la pa-red gruesa de un edificio, a la que da el Sol du-rante el día. La pared absorbe la radiación, ac-tuando como un acumulador. Por la nochelibera la energía acumulada. Se han diseñado

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versiones más sofisticadas de paredes absor-bentes, añadiendo exteriormente acristalamien-tos y haciendo circular aire entre el cristal y lapared. En la década de los 50, este principio fuerecuperado por Felix Trombe, que construyó di-versos edificios en el sur de Francia basándoseen esta elemental tecnología. Desde entonces yen honor a su divulgador, se conoce con la de-nominación de Pared Trombe. De esta forma sepuede lograr la climatización de edificios (calen-tar en invierno y refrigerar en verano, aprove-chando los ciclos día noche, invierno verano).

Los invernaderos son también ejemplos desistemas de aprovechamiento de la energía so-lar sin aporte adicional de energía, tanto los uti-lizados en la agricultura como los adosados in-tegrados en edificios de viviendas y oficinas.

Tal vez el sistema más sofisticado para elaprovechamiento de la energía solar es la deno-minada arquitectura solar, a veces denominadatambién arquitectura bioclimática, que consisteen diseñar los edificios de acuerdo con la radia-ción solar que se recibe y de las característicasdel lugar. Hace más de 2500 años, en la antiguaGrecia, se empezaron a diseñar viviendas quepermitían la captación de la energía del Sol, so-bre todo durante los meses de invierno (Sócra-tes decía “el edificio ideal ha de ser fresco en ve-rano y cálido en invierno”). De esta formaempezaron a construir viviendas y edificios

orientados y con grandes aberturas al Sur, demanera que en invierno el Sol penetrase enellas, y en verano, a través de voladizos, se impi-diera su entrada.

Muchas culturas de la antigüedad,no sólo enEuropa sino también en Asia y América, cons-truyeron edificios basándose en el Sol. Es bienconocida la cultura Anasazi (denominada “Pue-blo” por los invasores europeos) por sus edifi-cios y poblados, construidos a lo largo de los si-glos XI y XII, y que hoy no dudaríamos encalificar como bioclimáticos.

Pero también los captadores solares puedenfuncionar sin aporte adicional de energía, me-diante los sistemas denominados termosifones,que utilizan la gravedad para hacer circular elagua entre el colector y el depósito de acumu-lación, pues el fluido caliente es menos densoque el frío y tiende a circular hacia el depósito,que está situado por encima del captador. Estossistemas son más simples, pues no precisanbombas de circulación ni reguladores; pero, porotro lado, requieren que el depósito de acumu-lación esté situado encima del captador, lo cualen muchos casos significa encima del tejado.

SISTEMAS MEJORADOSDE CAPTACIÓN SOLAR

Se puede aumentar el flujo medio de radia-ción incidente substituyendo la instalación fija

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De entre las tecnologías que se emplean para convertir la radiación solar en electricidad, lossistemas cilindro parabólicos (debajo) y las centrales de torre (derecha) son los que han alcanzadomayor grado de madurez.A la izquierda, colector disco parabólico.

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por un sistema de seguimiento del Sol.Otras po-sibles mejoras del colector plano incluyen el re-vestimiento de las paredes del colector para re-ducir las pérdidas por reflexión en la caraexterna e incrementar la reflexión en las superfi-cies interiores. Las pérdidas por convección sepueden reducir instalando protecciones en losbordes para evitar el efecto del viento. Estas pér-didas se pueden reducir drásticamente haciendoel vacío entre la superficie absorbente y la de co-bertura del colector. Los colectores de vacío notienen una superficie de captación plana sino queutilizan dispositivos cilíndricos y de concentra-ción.A pesar de ello, la disposición constructivade los tubos de vacío en el captador le da unaapariencia parecida a la de un colector plano.

Los sistemas de concentración constituyenun tipo distinto de colectores solares. Son im-prescindibles si se requieren elevadas tempera-turas (superiores a 100oC), que un colector pla-no nunca podrá suministrar. Entre ellos existenlos colectores que concentran en un punto ylos que concentran en una línea. En ellos la su-perficie absorbente corresponde a la imagen delSol reflejada en la superficie de captación. Estossistemas necesitan dispositivos de seguimientodel Sol a lo largo de su trayectoria diaria.

APLICACIONES DE LA ENERGÍASOLAR TÉRMICALa energía solar puede aplicarse a una gran va-riedad de usos térmicos, incluyendo el agua ca-

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Tipos de centrales termosolares

Receptor central

Receptor central Cilindro-parabólicos Discos parabólicos

Tuboabsorbedor Reflector

Receptormotor

Espejo curvado

Tubería fluido térmico

Helióstatos


liente sanitaria, la calefacción de interiores o elsecado. También se están desarrollando nuevasáreas de aplicación, de las cuales quizás la másinteresante resulte la climatización solar.

AGUA CALIENTE SANITARIADOMÉSTICAActualmente es sin duda la aplicación más

extendida de la energía solar. Los sistemas estándiseñados para cubrir el 100% de la demanda deagua caliente durante el verano, y el 50-80% deltotal a lo largo del año. Para esta aplicación seutilizan sistemas de circulación forzada o ter-mosifones (más extendidos en el sur de Euro-pa), que generalmente cuentan con un calenta-dor convencional de apoyo para cubrir lasnecesidades cuando el sistema solar no puedehacerlo. Los termosifones utilizados para el aguacaliente sanitaria de una vivienda unifamiliar tipotienen un colector de 2-5 m2 y un depósito de100-200 litros, y los sistemas con circulaciónforzada cuentan generalmente con un colectorde 3 a 6 m2 y un acumulador de 150-400 litros.Pero también existen instalaciones grandes quedan servicio a edificios plurifamiliares, bloquesde apartamentos, hoteles o edificios de oficinas.En estos sistemas la superficie de colectorespuede variar desde los 10 hasta los centenaresde m2.

SISTEMAS COMBINADOSDE ACS Y CALEFACCIÓNEn Europa Central y del Norte resulta co-

mún instalar sistemas solares térmicos para cu-brir la demanda de calefacción además de la deagua caliente sanitaria. En este caso la superficiede colectores está entre los 7 y los 20 m2, y lacapacidad del acumulador entre los 300 y los2.000 litros. Estos sistemas son más complejosque los que se utilizan sólo para el agua calientesanitaria.

REFRIGERACIÓN SOLARHace cientos de años, se fabricaba hielo en

los desiertos de Persia. Ello se conseguía en bal-sas rodeadas de paredes que las protegían de laluz solar y aprovechando la diferencia de tempe-ratura entre el día y la noche de invierno. El hieloasí obtenido se guardaba en depósitos bajo tierrapara ser utilizado en verano.

Para la refrigeración solar se utilizan sistemasque acoplan el colector solar-depósito de alma-cenamiento de calor a un ciclo de absorción queextrae calor de un "depósito frío". El ciclo de ab-sorción se consigue utilizando mezclas absorben-tes-refrigerantes (agua amoniaco, bromuro de li-tio agua,...). En ellas el calor solar se usa paravaporizar parte del agua de la mezcla (se requie-

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Los colectores de tubos de vacío alcanzantemperaturas máselevadas que los planospor lo que, además deservir para disponer deagua calienta sanitaria,pueden proporcionarcalefacción yrefrigeración solar.

Los colectores solares comienzan a formar parte del paisaje. Si antes deconstruir cualquier edificio se pensara en aprovechar la energía solar, la

integración arquitectónica ganaría muchos enteros.

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ren pues temperaturas de trabajo superiores alos 100ºC).El vapor se condensa mediante un re-frigerante, luego se expansiona hasta volver a lafase de vapor (por tanto extrae calor de la zonaa ser refrigerada) y es devuelto a la unidad de ab-sorción.

SECADO SOLARSon de una gran utilidad en países donde no

se dispone de otras formas de energía para laconservación de alimentos. El secado solar de lascosechas se ha utilizado durante siglos, simple-mente esparciendo el grano para exponerlo al Sol

y al aire.También el secado de madera y de pesca-do se puede realizar mediante sistemas solares.

CALEFACCIÓN SOLAR POR AIREEstos sistemas utilizan el principio de succión

del aire a través de un colector solar perforado,que puede servir al mismo tiempo de pared deun edificio. Estos sistemas son muy adecuados enedificios industriales con gran demanda de venti-lación. Existen sistemas muy simples y efectivosde calefacción solar por aire en el mercado.

DESALINIZACIÓN SOLARLa escasez de agua potable se da muchas ve-

ces en áreas con un alto índice de radiación so-

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Los colectores planos sonla aplicación solar másextendida, y se utilizanfundamentalmente paraobtener agua calientesanitaria. Funcionan consistemas de circulaciónforzada o contermosifones y lainstalación admite todotipo de tamaños.

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lar o donde el precio de las fuentes de energíasconvencionales son muy altos. La destilación so-lar de agua (ya sea agua de mar, ya sea agua im-pura procedente de pozos) se realiza por mediode un alambique solar.

COCINAS SOLARESEstos simples artefactos permiten el cocina-

do de alimentos y la pasteurización de agua enpocas horas, haciendo posible que en muchoslugares del mundo se ahorren cantidades consi-derables de leña para cocinar, además de redu-cir el riesgo de enfermedades ocasionadas por

la contaminación fecal de las aguas. Una cocinasolar en combinación con una cesta aislantepuede ahorrar aproximadamente 5 m3 (2.250kg) de leña por año durante unos 10 años (unequipo de cocina solar cuesta alrededor de 120euros).

SOLAR TÉRMICA DE ALTA TEMPERATURALa radiación solar puede ser utilizada para la ge-neración de electricidad mediante un procesode dos etapas: primero convirtiéndola en calor yluego convirtiendo el calor en electricidad pormedio de ciclos termodinámicos convenciona-les (utilizando colectores solares de concentra-ción o campos de helióstatos que focalizan enun punto) o mediante generadores termoióni-cos o termoeléctricos.

Las centrales térmicas solares se basan en es-pejos que concentran los rayos solares con la fi-nalidad de calentamiento de un fluido, que con-vertido en vapor accionará una turbina, que a suvez impulsará un generador eléctrico.Se han des-arrollado tres variantes de este principio: las cen-trales de torre, los discos parabólicos y los cilin-dros parabólicos. Las dos primeras son sistemasconcentradores de foco puntual y la tercera esun sistema concentrador de foco lineal. En Espa-ña existen más de 1.000 MW de proyectos co-merciales de energía solar termoeléctrica queabarcan todas las tecnologías, y que tienen detrása grandes corporaciones industriales.

CENTRALES SOLARES DE TORRELas centrales solares de torre constan de

centenares o miles de espejos planos (heliósta-tos) que concentran la luz solar en un punto dela torre, donde se sitúa una caldera para calen-tar el fluido (agua, aire, metal líquido o sal fundi-da) que acciona la turbina mediante un ciclo devapor. En la actualidad se están investigado siste-mas avanzados que calientan aire a presión parainyectarlo en un turbina de gas de ciclo combi-nado.

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La tecnología de las centrales solares de to-rre se empezó a aplicar a principios de los años80. Las primeras centrales solares experimenta-les de estas características se construyeron en1981 en España, Japón e Italia.Y por fin en 2005se ha inaugurado en el municipio sevillano deSanlúcar la Mayor la PS10, la primera planta co-mercial con torre central del mundo,con una po-tencia de 11 MW. Su producción puede abaste-cer las necesidades eléctricas de 6.000 hogares.

LOS DISCOS PARABÓLICOSLos discos parabólicos pueden ser usados de

forma individual para el accionamiento de unmotor térmico situado en su foco o bien puedenser utilizados colectivamente, formando agrupa-ciones, para el accionamiento de un motor tér-mico o turbina central.

Fue A. Mouchot quien en el año 1860 inicióen Tours sus investigaciones para aprovechar laenergía solar para accionar una máquina de va-por.Entre sus experimentos consiguió convertirvino en coñac, mediante la destilación solar.Yaen el año 1874 construyó su primer motor so-lar que consistía en un dispositivo concentradorcónico con una caldera situada a lo largo del ejedel cono. Era un dispositivo que seguía al Sol yera capaz de generar el vapor necesario paraaccionar un motor de 0,5 HP. Fue expuesto enla Exposición Universal de París del año 1878.

Posteriormente, en el año 1880, un ayudante su-yo expuso este tipo de artefactos solares en losjardines de las Tuilleries. Uno de ellos accionabauna máquina de vapor que a su vez, accionabauna rotativa, donde se imprimieron 500 ejem-plares del “Journal Soleil”.

En la Plataforma Solar de Almería se han des-arrollado diversos prototipos de concentradoresdisco-parabólicos y se han instalado varios pro-totipos del denominado SunDish en Estados Uni-dos. Se basa en un dispositivo de concentraciónconsistente en una estructura en forma de discoque soporta 16 discos que concentran los rayosdel Sol en un foco donde está dispuesto un mo-tor Stirling (55 kWe) que puede funcionar con-centrando los rayos del Sol o en combinacióncon cualquier tipo de combustible.

Pero quizás la realización más importantecon esta tecnología son las famosas cocinas sola-res que la Asociación Brahma Kumaris tiene enfuncionamiento en sus centros de formación enMont Abu (Rajastan, India). La primera de ellas seinstaló en Gyan Sarovar (Academy for a BetterWorld),en el año 1996 y tiene capacidad para co-cinar 1.000 comidas/día (24 discos parabólicos,con una superficie de captación de 190 m2). Enenero de 1998 se empezó la construcción de lacocina solar más grande del mundo: 84 espejosconcentradores para la producción directa de va-

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A la derecha, planta de Meadi (Egipto), construida en 1912 por FrankShuman y C.V. Boys para el bombeo de agua con vapor. Es la primeragran central solar de la historia y utilizaba espejos cilindro-parabólicoscon una superficie total de captación de 1.200 m.


por que alimenta una cocina que actualmente escapaz de servir 33.800 comidas al día.

Las cocinas solares de Mont Abu se constru-yeron a partir de la experiencia acumulada porSeifert, cuyas cocinas se comercializan en Españaa través de la Fundació Terra.

LOS CILINDROS PARABÓLICOSConcentran la luz solar sobre un eje por

donde circula un fluido (generalmente aceite)

que se dirige hacia la zona de generación, dondese calienta agua hasta producir vapor para el ac-cionamiento de una turbina. El desarrollo de lossistemas de captación solar a base de espejos enforma cilindro-parabólica se remonta a los años1880, cuando John Ericsson construyó un siste-ma de espejos cilindro-parabólicos para alimen-tar un motor de aire caliente. Pero no fue hasta1912 cuando este tipo de espejos se utilizaronde forma significativa para la generación deenergía. Fueron Frank Shuman y C.V. Boys quie-nes construyeron una planta para el bombeo deagua con vapor en Meadi (Egipto) utilizando es-pejos cilindro-parabólicos con una superficie

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La Plataforma Solar de Almería (derecha), gestionada por el CIEMAT, es uno de los centros deinvestigación en energía solar más importantes del mundo. Sus avances han posibilitado la puesta

en marcha de plantas como la PS 10, que se construye en Sevilla.

Campo de heliostatos

Receptor

Almacenamiento térmico

Soplante 1 Soplante 2

Generadorde vapor

Bloque de potenciaAire

frío 110º

Airecaliente 680º

Vapor 65 bar460º

Condensado 1 bar 50º

Esquema de funcionamiento de la planta PS10Fuente: Solucar

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total de captación de 1.200 m2.A pesar del éxi-to alcanzado, la planta se cerró en 1915 debidoal inicio de la Primera Guerra Mundial y a losbajos precios del petróleo.

El interés en esta tecnología renació entre losaños 70 y 80, como respuesta a la crisis del petró-leo.Tanto el Departamento de Energía de EstadosUnidos como el Ministerio de Investigación y Tec-nología alemán desarrollaron diversos prototipossolares cilindro-parabólicos para la producción devapor y para el bombeo de agua. En 1981 la Agen-cia Internacional de la Energía construyó y probóun sistema para la producción de electricidad a

base de captación solar mediante espejos cilindro-parabólicos de 500 kW de potencia en la Plata-forma Solar de Almería (Tabernas).

Basándose en la tecnología de espejos cilin-dros-parabólicos, una pequeña empresa, Luz In-ternational Ltd., consiguió producir electricidadsolar para cubrir las necesidades de miles de ha-bitantes de California (900 GWh/año) y a un cos-te del kWh producido inferior al generado por lascentrales nucleares en funcionamiento entoncesen California. Así, Luz consiguió que una de lasgrandes empresas eléctricas de California (SouthCalifornia Edison) negociara un contrato para la

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Características de las centrales solares termoeléctricasCILINDRO RECEPTOR DISCOS

PARABOLICOS CENTRAL PARABÓLICOS

■ Potencia 30-80 MW 10-200 MW 5-25 kW■ Temperatura operación 390°C 565°C 750°C■ Factor capacidad anual 23-50% 20-77% 25%■ Eficiencia pico 20% 23% 29,4%■ Eficiencia neta anual 11-16% 7-20% 11-25%

■ Estado comercial Disponible Demostración Prototipos-demostración■ Riesgo tecnológico Bajo Medio Alto■ Almacenamiento Limitado Sí Baterías■ Diseños híbridos Sí Sí Sí■ Coste W

instalado (euros) 3,49-2,34 3,83-2,16 11,00-1,14

Fuente: EurObserv’ER 2003

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compra de electricidad de origen solar, durante30 años.Estas centrales,denominadas SEGS,podí-an funcionar en modo solar o en combinacióncon gas natural, asegurando de esta forma su dis-ponibilidad independientemente de las condicio-nes climatológicas, o del ciclo día-noche. Las cen-trales están en el desierto de Mojave y hoy

continúan en funcionamiento con 354 MW depotencia instalada. En España, en la Plataforma So-lar de Almería, existe una central solar experi-mental de concentradores de foco lineal, con unapotencia térmica de 1,2 MW y una potencia eléc-trica de 500 kW, utilizada para la desalación deagua. En nuestro país hay numerosos proyectos

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La integración arquitectónica de los colectores térmicos puede transformar toda la fachada de unedificio en un gran captador de la energía del sol.

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Andalucía213.138 Sin regionalizar

7.571

Ceuta65 Melilla

36

Murcia19.321

Total:700.433 m2

Superficie instalada en 2005: 106.885 m2

Canarias95.732

Castilla-La Mancha

8.646

Madrid56.203

Comunidad Valenciana

58.199 Baleares78.362

Extremadura3.310

Castilla y León34.647

La Rioja204

Navarra12.473

Aragón3.083

Cataluña81.559

Aragón269

Asturias9.022

País Vasco4.848

Cantabria1.501

Galicia8.912

Distribución de la superficie instalada con energía solar térmica a finales de 2004 (m2)


comerciales con este tipo de centrales; el másavanzado es el de Andasol I, una planta de 50 MWde potencia que se instalará en Granada.

LAS BALSAS SOLARESAdemás de estas tres tecnologías para la ge-

neración de electricidad a partir de vapor obte-nido mediante el calentamiento de agua con elSol,existe un sistema de generación eléctrico-so-lar a partir de las denominadas balsas solares,quecontienen agua y sales disueltas, las cuales tam-bién pueden actuar como colectores solares,queaprovechan los gradientes de temperatura entrela superficie (más fría y menos densa) y el fondo(más caliente y más denso) de un estanque sala-do, para producir electricidad. En Israel en el año1984 se construyó un dispositivo de estas carac-terísticas en Bet Ha'Arava.

LA SITUACIÓN DE LA ENERGÍA SOLARTÉRMICA EN ESPAÑAA lo largo del año 2005 se instalaron en España106.885 m2 nuevos de superficie solar térmica(74,8 MWt en potencia equivalente), según datosdel Instituto para la Diversificación y Ahorro de laEnergía (IDAE). En 2004 el incremento fue de90.000 m2 nuevos (63 MWt)

Se estima que actualmente hay instaladosunos 806.000 m2, una cifra aún muy alejada delobjetivo fijado en el Plan de Fomento de lasEnergías Renovables: 4.200.000 m2 en el año2010. El ejemplo de Ordenanza Solar adoptadapor el Ayuntamiento de Barcelona (en julio1999, aunque no sería de obligado cumplimien-to hasta un año después) supuso un despertaren la energía solar térmica en España.Este acon-tecimiento pionero, fruto del trabajo de Barna-GEL –Barcelona Grup de Energía Local (Agen-cia SAVE)– y de la Concejalía de CiudadSostenible (entre los años 1995 y 1999), fueemulado por numerosos municipios, tanto enCataluña, como en el resto de España.

Pero sin duda, el principal revulsivo ha sido laentrada en vigor, en septiembre de 2006, del nue-vo Código Técnico de la Edificación (CTE).A par-tir de esa fecha todos los edificios de nueva cons-trucción y rehabilitación deberán contar coninstalaciones de energía solar térmica para la pro-ducción de agua caliente sanitaria.

LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA EN EL MUNDOSe calcula que en la Unión Europea había instala-dos 14 millones de m2 de captadores solares(10.000 MWt) a finales de 2004, algo que no ha-bría sido posible sin el empuje solar de países co-mo Alemania,Austria y Grecia. El caso de Alema-nia es ejemplar. De los 2 millones de m2 nuevosque se han instalado en 2005 en la Europa de los25, la mitad se ha hecho en Alemania. No menosespectacular resulta el caso de Chipre; este países el que más cantidad de energía solar térmicaaporta por habitante en el mundo, con 431 kWtpor cada 1.000 habitantes.Más del 90% de los edi-ficios construidos en Chipre están equipados concaptadores solares térmicos. En cuanto a Grecia,en los últimos años se instalan más de 200.000 m2

anuales. Hoy totalizan 3.200.000 m2. Con más deun 20% de la superficie instalada en la UE, el paísheleno dispone de un tejido solar que abastece deagua caliente a uno de cada cuatro habitantes.

En otras partes del mundo también hay ejem-plos del desarrollo de la energía solar térmica.Porejemplo, Israel,donde alrededor del 85% de las vi-viendas están equipadas con colectores solarestérmicos. Es el resultado de una ley de hace 20años que requiere que todos los edificios de me-nos de 20 m de altura deban estar dotados de sis-temas solares térmicos en el tejado. En Turquía seinstalan colectores solares a un ritmo de 630.000m2 al año.China es el país del mundo con más su-perficie de captadores solares instalados: 62 mi-llones de metros cuadrados, lo que supone apro-ximadamente el 40% de los captadores instaladosen el mundo. Hoy, 10 millones de familias dispo-nen de agua caliente gracias al sol.

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BENEFICIOS DE LA ENERGÍA SOLARTÉRMICAUn análisis de los recursos energéticos emplea-dos para el calentamiento del agua en 10 paíseseuropeos revela que teniendo en cuenta los re-cursos que se utilizan actualmente, y suponiendoque el promedio de producción de calor de unsistema solar térmico es de 500 kWh/año,15 mi-llones de m2 de paneles solares térmicos (la UEya está por 14 millones) producirían 1,19 Mtepanuales,y el ahorro de emisiones de CO2 sería de3 millones de toneladas anuales, contribuyendoen un 0,6% a los objetivos de reducción del Pro-tocolo de Kioto para la Unión Europea.

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Escenarios de crecimiento de la solar térmica en Europa

Fuente: ESTIF (2003), Sun in Action II: A Solar Thermal Strategy for Europe

■ Si el nivel actual medio deapoyo a la energía solartérmica se mantiene, no sealcanzará el objetivo de 100millones de m2 planeado para2010 antes de 2022.

■ El objetivo de 100 millonesde m2 se podría alcanzaren 2015 si se implementanpolíticas proactivas de apoyoa la solar térmica en toda la UE.

■ Si la solar térmica crecieraal mismo ritmo que lo hizo laeólica entre 1999 y 2001, elárea instalada de colectoresen operación crecería superarlos 1.000 millones de m2

en 2015, situándoserelativamente cerca delpotencial técnico de 1.400millones de m2 para toda laUE.

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

Los cuatro escenarios de crecimiento

Comparación con el mercado eólicoRegulación estricta en el sector residencial

Políticas activasPolíticas actuales

180.000.000

160.000.000

140.000.000

120.000.000

100.000.000

80.000.000

60.000.000

40.000.000

20.000.000

0

En operación m2

Evolución del mercado solar térmico

SUPERFICIE INSTALADA (m2)2001 2004 2005

■ Alemania 4.263.000 6.476.000 7.456.000

■ Austria 2.152.000 2.769.000 3.000.000

■ España 229.666 700.000 806.885

Fuente: ESTIF y EurObserv’ER

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Energía

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El beneficio económico de la energía solartérmica consiste en la sustitución de una canti-dad considerable de combustibles tradicionales,reduciendo y haciendo más predecibles en con-secuencia los costes futuros.Los materiales,el di-seño y la instalación suman prácticamente la to-talidad de los costes de un sistema solar, pues norequiere ningún combustible para su funciona-miento y los costes de mantenimiento son muybajos,al contrario de los sistemas convencionalesde calentamiento.

Con los actuales precios de los combustiblestradicionales, el periodo de amortización de unainstalación solar puede ser tan sólo de 5 a 10años, menos que la vida media de una instalación(20-25 años).Y no parece que los combustiblesfósiles vayan a abaratarse.

Sin embargo, el hecho de que la inversión ini-cial requerida para instalar un sistema solar tér-mico sea relativamente elevada supone una ba-rrera para su expansión a gran escala, y es, sinduda, un obstáculo psicológico y financiero (mu-cha gente tiende a descontar irracionalmente loscostes futuros, mientras que las inversiones pre-sentes tienden a sobrevalorarse).

Para superar esta barrera, muchos gobiernosnacionales, regionales y locales (e incluso en algu-nos casos compañías y empresas) ofrecen incenti-vos económicos para la instalación de sistemas so-lares térmicos. Hasta ahora estos incentivos hanresultado claves para la implantación de la energíasolar térmica; sin embargo, la experiencia demues-tra que tras superar una barrera crítica en el nú-mero de instalaciones, el mercado puede soste-nerse por sí solo sin la necesidad de incentivos.

■■ Asociación Solar de la Industria Térmica:www.asit-solar.com

■■ Cocinas solares: http://solarcooking.org

■■ Plataforma Solar de Almería: www.psa.es

■■ Fundació Terra: www.terra.org

■■ ASENSA. Asociación Española deEmpresas de Energía Solar y Alternativas

www.asensa.org■■ Federación de la Industria Solar Térmica

Europea:www.estif.org

Más información

“Energías Renovables para todos”es una colección elaborada por

Haya Comunicación, editora de la revista“Energías Renovables”

(www.energias-renovables.com), con el patrocinio de Iberdrola.

■■ Dirección de la colección:Luis Merino / Pepa Mosquera

■■ Asesoramiento: Iberdrola. Gonzalo Sáenz de Miera

■■ Diseño y maquetación:Fernando de Miguel

■■ Redacción de este cuaderno:Pep Puig, Marta Jofra

■■ Impresión: Sacal

Créditos

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Con las ayudas y subvenciones actuales, el periodo de amortización de una instalaciónsolar térmica puede ser inferior a diez años, menos de la mitad de la vida media de estetipo de sistemas.

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