A la carrera per combatre el canvi climàtic i fer la transició cap a un futur energètic sostenible, l'energia solar tèrmica destaca com a font d'energia renovable i versàtil. En aprofitar l'abundant energia del sol per generar calor, aquesta tecnologia ofereix solucions innovadores per a una àmplia gamma d'aplicacions, des d'escalfar habitatges i piscines fins a impulsar processos industrials i fins i tot generar electricitat.
A diferència dels sistemes tradicionals basats en combustibles fòssils, l'energia solar tèrmica redueix les emissions de gasos defecte hivernacle, disminueix els costos d'energia i contribueix a la independència energètica. La seva capacitat de convertir directament la llum solar en calor la converteix en una de les solucions energètiques més eficients i respectuoses amb el medi ambient que hi ha actualment.
Mentre els governs i les indústries busquen complir els ambiciosos objectius climàtics globals, la tecnologia solar tèrmica està aplanant el camí cap a un futur més net i ecològic. Ja sigui que s'apliqui en contextos residencials, comercials o industrials, el potencial per revolucionar l'ús de l'energia és innegable.
Les aplicacions directes d'energia solar tèrmica utilitzen l'energia del sol per produir calor directament, com ara la calefacció de piscines o els escalfadors solars d'aigua. Les aplicacions indirectes impliquen la conversió de l'energia solar en una altra forma, com la generació delectricitat mitjançant plantes d'energia solar concentrada (CSP).
Per comprendre millor la versatilitat de l'energia solar tèrmica, explorem alguns exemples d'aplicacions directament i indirectes.
1. Generació d'electricitat
Les plantes d'energia solar concentrada (CSP) són un tipus de planta d'energia tèrmica que genera electricitat. Aquests sistemes utilitzen miralls o lents (com els col·lectors cilindre-parabòlics o les torres solars) per concentrar la llum solar, produint altes temperatures per generar vapor. Aquest vapor impulsa turbines connectades a generadors elèctrics, convertint la radiació solar en energia tèrmica, després en energia mecànica i, finalment, en electricitat.
Per aconseguir una temperatura prou elevada s'utilitzen nombrosos concentradors solars com a col·lectors cilindre-parabòlics i forns solars. La radiació solar es concentra en una torre d'energia on l'energia tèrmica genera vapor.
La CSP funciona com una alternativa als panells solars fotovoltaics (PV), oferint una forma renovable de produir energia a gran escala. Per tant, és un exemple daplicació solar tèrmica indirecta.
2. Calefacció de piscines
Escalfar l'aigua fins a nivells inferiors al punt d'ebullició permet fer servir col·lectors negres per a l'absorció tèrmica de la radiació solar. Seria un exemple clar d'aplicació solar tèrmica directa.
Escalfar una piscina pot consumir una gran quantitat d'energia. A més, en alguns països no es permet escalfar-la amb energies no renovables. Els escalfadors de piscina de baix consum poden millorar la calefacció i l'eficiència energètica de la piscina.
3. Calefacció solar per terra radiant
La calefacció solar per terra radiant és un tipus de calefacció solar. Consisteix en una resistència elèctrica enganxada a una malla col·locada sota les rajoles o altres tipus de paviment del terra.
Els sistemes solars tèrmics poden proporcionar energia per a calefacció per terra radiant escalfant l'aigua.
Un avantatge daquest sistema és que el fluid no ha de tenir una temperatura tan alta, per la qual cosa la temperatura es distribueix de manera més uniforme. Aquesta característica fa que l'energia solar tèrmica sigui una tecnologia gairebé perfecta per escalfar aquesta aigua.
El sistema d´escalfament del circuit de calefacció és el mateix que en el cas de l´aigua calenta sanitària. Els mateixos col·lectors solars instal·lats a l'exterior de l'habitatge ens permeten obtenir el màxim aprofitament de l'energia.
Els panells solars converteixen l'energia solar en energia tèrmica, que pot ser un fluid caloportador. El fluid caloportador circula pel circuit de calefacció. Això permetrà estalviar energia i reduir les factures de la llum utilitzant energia solar tèrmica.
Si el sistema solar no pot proporcionar una calefacció adequada de lespai, un sistema auxiliar o de respatller proporciona calor addicional.
4. Producció d'Aigua Calenta Sanitària (ACS)
L'aigua calenta sanitària (ACS) és l'aigua que fem servir a casa. Per a aquesta proposta no necessitem que aquesta aigua estigui excessivament calenta. Així, podem utilitzar col·lectors de plaques planes que es puguin escalfar ràpidament a la teulada i intercanviadors de calor. Per la seva manera, els tubs de vidre poden resistir millor la pressió de l'aire ambient.
El temps necessari per escalfar un litre d'aigua és més gran que el temps que es triga a consumir-la, per tant no podem escalfar-la al mateix temps que es necessita. Per solucionar aquest problema podem utilitzar sistemes demmagatzematge d'energia.
Als habitatges petits és habitual veure col·lectors solars. La funció daquests panells solars és escalfar aigua calenta sanitària per a ús domèstic o calefacció. Solen ser sistemes de suport, però permeten un estalvi econòmic considerable.
Què és un col·lector solar?
Un col·lector solar és un intercanviador que converteix la llum solar directa i difusa en calor.
L'aigua escalfada es bomba a través de les canonades i la calor s'emmagatzema en un recipient d'emmagatzematge aïllat: la caldera.
Quan la temperatura de les canonades és superior a la de la caldera, una unitat de control encén la bomba.
D'aquesta manera, el col·lector solar es refreda amb l'aigua freda de la caldera i tot seguit la caldera s'escalfa amb l'aigua calenta procedent dels col·lectors solars. Després dun temps, quan el col·lector solar i lescalfador daigua tenen gairebé la mateixa temperatura, la unitat de control apaga la bomba.
5. Energia solar tèrmica per a refrigeració, refrigeració i aire condicionat.
Passar fred a partir de la calor és una paradoxa, però és possible gràcies a la tècnica de refredament per absorció.
La tecnologia emprada en aquests sistemes, la refrigeració per absorció, es basa en l'absorció de calor de parells específics de substàncies. El seu funcionament es basa en les reaccions fisicoquímiques entre un refrigerant i un absorbent. S'activa mitjançant energia tèrmica –que en el cas de l'energia solar és aigua calenta–.
El funcionament de qualsevol màquina de refrigeració per absorció es basa en tres fenòmens físics elementals:
-
Quan un fluid s'evapora, absorbeix calor i quan es condensa cedeix calor.
-
La temperatura d'ebullició d'un líquid varia segons la pressió; a mesura que disminueix la pressió, disminueix la temperatura d'ebullició.
-
Hi ha parells de substàncies químiques que tenen una afinitat particular a l'hora de dissoldre's entre si.
6. L'energia solar a l'agricultura
Per a la producció i el processament agrícola, l'energia solar és una font d'energia crucial, especialment per a l'assecatge, la calefacció i la refrigeració.
Fins al 70 per cent dels productes agrícoles es fan malbé durant el procés tradicional d'assecatge a l'aire lliure, especialment a les regions tropicals i subtropicals.
El refredament i la refrigeració són essencials en els processos agrícoles. En general, és un procés que consumeix molta energia. La refrigeració amb energia solar presenta una oportunitat crucial d'energia neta, en particular a les zones rurals sense accés a la xarxa nacional ia altres processadors.
7. Calor solar per a processos industrials
Els sistemes solars tèrmics (STS) poden satisfer una gran quantitat de demanda de calor als processos industrials.
A les economies desenvolupades, l'energia solar tèrmica pot cobrir tècnicament aproximadament la meitat d'aquest consum energètic subministrant aigua calenta i vapor.
En algunes indústries, l'energia solar tèrmica pot processar la calor per generar aire calent i aigua calenta. Les indústries tèxtils, de maons i de processament d'aliments són exemples d'indústries que utilitzen energia solar tèrmica.
8. Dessalatge tèrmic eficient amb energia solar
Actualment, hi ha nombrosos projectes de dessalinització solar en marxa. Aquesta solució permet reduir els costos operatius i reduir les emissions de gasos amb efecte d'hivernacle.
Aquests sistemes podrien donar servei a zones costaneres àrides. Està orientat a poblacions fora de la xarxa de distribució convencional. Aquest sistema cerca brindar una font d'aigua eficient i de baix cost.
El sistema utilitza múltiples capes d'evaporadors i condensadors solars plans alineats en una disposició vertical i coberts amb aïllament transparent.