La energía solar térmica sigue resoplando incluso cuando se pone el sol. Vea más imágenes de la vida ecológica. AP Photo / SkyFuel, Jack Dempsey La mayoría de nosotros no pensamos mucho en el origen de nuestra electricidad, solo que está disponible y es abundante. La electricidad generada por la quema de combustibles fósiles como el carbón, petróleo y gas natural, emite dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre:gases que los científicos creen que contribuyen al cambio climático. Energía solar térmica (calor) es libre de carbono, alternativa renovable a la energía que generamos con combustibles fósiles como el carbón y el gas. Esto no es cosa del futuro cualquiera. Entre 1984 y 1991, Estados Unidos construyó nueve plantas de este tipo en el desierto de Mojave de California, y hoy continúan proporcionando una capacidad combinada de 354 megavatios anuales, potencia utilizada en 500, 000 hogares californianos [fuente:Hutchinson]. Poder confiable, a eso. En 2008, cuando seis días de máxima demanda colapsaron la red eléctrica y provocaron cortes de electricidad en California, esas plantas termosolares continuaron produciendo al 110 por ciento de su capacidad [fuente:Kanellos].
¿Se pregunta dónde ha estado la tecnología desde entonces? En la década de 1990, cuando los precios del gas natural cayeron, también lo hizo el interés por la energía solar térmica. Hoy dia, aunque, la tecnología está lista para regresar. Los Laboratorios Nacionales de Energía Renovable de EE. UU. Estiman que la energía solar térmica podría proporcionar cientos de gigavatios de electricidad, equivalente a más del 10 por ciento de la demanda en los Estados Unidos [fuente:LaMonica].
Sacuda la imagen de los paneles solares de su cabeza:ese tipo de demanda requerirá plantas de energía. Hay dos formas principales de generar energía a partir del sol. Fotovoltaica ( PV ) y termosolar de concentracion ( CST ), también conocidas como tecnologías de energía solar de concentración (CSP).
PV convierte la luz solar directamente en electricidad. Estas células solares generalmente se encuentran alimentando dispositivos como relojes, gafas de sol y mochilas, además de proporcionar energía en áreas remotas.
En comparación, la tecnología solar térmica es a gran escala. Una gran diferencia con la fotovoltaica es que las plantas de energía solar térmica generan electricidad indirectamente. El calor de los rayos del sol se recolecta y se usa para calentar un fluido. El vapor producido por el fluido calentado alimenta un generador que produce electricidad. Es similar a la forma en que funcionan las plantas de energía que queman combustibles fósiles, excepto que el vapor es producido por el calor recolectado y no por la combustión de combustibles fósiles.
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Canales parabólicos, como estos que se usan en Colorado, concentrar la energía del sol a grandes temperaturas. AP Photo / SkyFuel, Jack Dempsey Hay dos tipos de sistemas solares térmicos:pasivos y activos. Un sistema pasivo no requiere equipo, como cuando el calor se acumula dentro de su automóvil cuando lo deja estacionado al sol. Un sistema activo requiere alguna forma de absorber y recolectar la radiación solar y luego almacenarla.
Las plantas de energía solar térmica son sistemas activos, y aunque hay algunos tipos, hay algunas similitudes básicas:los espejos reflejan y concentran la luz solar, y los receptores recogen esa energía solar y la convierten en energía térmica. A continuación, se puede utilizar un generador para producir electricidad a partir de esta energía térmica.
El tipo más común de plantas de energía solar térmica, incluidas las plantas del desierto de Mojave en California, utilizar una cilindro parabólico diseño para recoger la radiación solar. Estos colectores se conocen como sistemas concentradores lineales, y los más grandes pueden generar 80 megavatios de electricidad [fuente:Departamento de Energía de EE. UU.]. Tienen la forma de un medio tubo que verías usado para hacer snowboard o patineta, y tener lineal, reflectores de forma parabólica cubiertos con más de 900, 000 espejos que están alineados de norte a sur y pueden girar para seguir al sol a medida que se mueve de este a oeste durante el día. Por su forma, este tipo de planta puede alcanzar temperaturas de funcionamiento de aproximadamente 750 grados F (400 grados C), concentrar los rayos del sol de 30 a 100 veces su intensidad normal en tuberías llenas de fluido de transferencia de calor o agua / vapor [fuente:Administración de Información de Energía]. El fluido caliente se usa para producir vapor, y el vapor luego hace girar una turbina que alimenta un generador para producir electricidad.
Mientras que los diseños de colectores cilindro-parabólicos pueden funcionar a plena potencia como plantas de energía solar, se utilizan con mayor frecuencia como híbridos de combustibles fósiles y solares, agregando capacidad de combustible fósil como respaldo.
Sistemas de torre de energía solar son otro tipo de sistema solar térmico. Las torres de energía dependen de miles de heliostatos , que son grandes, espejos de seguimiento solar planos, para enfocar y concentrar la radiación del sol en un solo receptor montado en torre. Como colectores cilindroparabólicos, Se calienta fluido de transferencia de calor o agua / vapor en el receptor (torres de energía, aunque, son capaces de concentrar la energía del sol tanto como 1, 500 veces), finalmente se convirtió en vapor y se utilizó para producir electricidad con una turbina y un generador.
Los diseños de torres de energía aún están en desarrollo, pero algún día podrían realizarse como plantas de energía conectadas a la red que produzcan alrededor de 200 megavatios de electricidad por torre.
Un tercer sistema es el plato solar / motor . En comparación con los colectores cilindro parabólicos y las torres de energía, Los sistemas de plato son pequeños productores (alrededor de 3 a 25 kilovatios). Hay dos componentes principales:el concentrador solar (el plato) y la unidad de conversión de energía (el motor / generador). El plato apunta y rastrea el sol y recolecta energía solar; es capaz de concentrar esa energía en aproximadamente 2, 000 veces. Un receptor térmico, una serie de tubos llenos de un líquido refrigerante (como hidrógeno o helio), se sienta entre el plato y el motor. Absorbe la energía solar concentrada del plato, lo convierte en calor y envía ese calor al motor donde se convierte en electricidad.
Los sistemas solares térmicos son una solución de energía renovable prometedora:el sol es un recurso abundante. Excepto cuando es de noche. O cuando el sol está bloqueado por una capa de nubes. Almacenamiento de energía térmica ( TES ) sistemas son tanques de almacenamiento de líquidos a alta presión que se utilizan junto con un sistema solar térmico para permitir que las plantas acumulen varias horas de electricidad potencial. El almacenamiento fuera de las horas pico es un componente crítico para la efectividad de las plantas de energía solar térmica.
Se han probado tres tecnologías principales de TES desde la década de 1980, cuando se construyeron las primeras plantas de energía solar térmica:un sistema directo de dos tanques, un sistema indirecto de dos tanques y un sistema de termoclina de un solo tanque.
en un sistema directo de dos tanques , La energía solar térmica se almacena en el mismo fluido caloportador que la recogió. El fluido se divide en dos tanques, un tanque lo almacena a baja temperatura y el otro a alta temperatura. El fluido almacenado en el tanque de baja temperatura pasa por el colector solar de la planta de energía, donde se recalienta y se envía al tanque de alta temperatura. El fluido almacenado a alta temperatura se envía a través de un intercambiador de calor que produce vapor, que luego se utiliza para producir electricidad en el generador. Y una vez que ha pasado por el intercambiador de calor, el fluido luego regresa al tanque de baja temperatura.
A sistema indirecto de dos tanques funciona básicamente igual que el sistema directo, excepto que funciona con diferentes tipos de fluidos de transferencia de calor, normalmente los que son costosos o no están destinados a utilizarse como fluido de almacenamiento. Para superar esto, Los sistemas indirectos pasan fluidos a baja temperatura a través de un intercambiador de calor adicional.
A diferencia de los sistemas de dos tanques, los sistema de termoclina de un solo tanque almacena la energía térmica como un sólido, generalmente arena de sílice. Dentro del solo tanque, partes del sólido se mantienen a temperaturas bajas o altas, en un gradiente de temperatura, dependiendo del flujo de fluido. Para fines de almacenamiento, El fluido de transferencia de calor caliente fluye hacia la parte superior del tanque y se enfría a medida que viaja hacia abajo. saliendo como un líquido a baja temperatura. Para generar vapor y producir electricidad, el proceso se invierte.
Los sistemas solares térmicos que utilizan aceite mineral o sal fundida como medio de transferencia de calor son los principales para TES, pero desafortunadamente sin más investigación, Los sistemas que funcionan con agua / vapor no pueden almacenar energía térmica. Otros avances en fluidos de transferencia de calor incluyen la investigación de fluidos alternativos, utilizando materiales de cambio de fase y conceptos novedosos de almacenamiento térmico, todo en un esfuerzo por reducir los costos de almacenamiento y mejorar el rendimiento y la eficiencia.
Lisa Kivirist y John Ivanko se encuentran junto a un sistema solar térmico que calienta un invernadero en su alojamiento y desayuno. Foto AP / Andy Manis La idea de utilizar materiales de masa térmica, materiales que tienen la capacidad de almacenar calor, para almacenar energía solar es aplicable a más que solo plantas de energía solar térmica a gran escala e instalaciones de almacenamiento. La idea puede funcionar en algo tan común como un invernadero.
Todos los invernaderos atrapan la energía solar durante el día, generalmente con el beneficio de una ubicación orientada al sur y un techo inclinado para maximizar la exposición al sol. Pero una vez que se pone el sol ¿Qué puede hacer un cultivador? Los invernaderos solares térmicos pueden retener ese calor térmico y usarlo para calentar el invernadero por la noche.
Piedras cemento y agua o barriles llenos de agua se pueden utilizar como simples, materiales de masa térmica pasiva (disipadores de calor), capturar el calor del sol durante el día e irradiarlo de regreso por la noche.
¿Grandes aspiraciones? Aplique las mismas ideas que se utilizan en las plantas de energía solar térmica (aunque en un nivel mucho menor) y estará en camino de cultivar durante todo el año. Invernaderos solares térmicos, también llamados invernaderos solares activos, requieren los mismos conceptos básicos que cualquier otro sistema solar térmico:un colector solar, un tanque de almacenamiento de agua, tubería o tubería (enterrada en el piso), una bomba para mover el medio de transferencia de calor (aire o agua) en el colector solar al almacenamiento y electricidad (u otra fuente de energía) para alimentar la bomba.
En un escenario, el aire que se acumula en la parte superior del techo del invernadero se extrae a través de las tuberías y debajo del piso. Durante el día, este aire es caliente y calienta el suelo. Por la noche, El aire frío se introduce en las tuberías. La tierra cálida calienta el aire fresco, que a su vez calienta el invernadero. Alternativamente, a veces se utiliza agua como medio de transferencia de calor. El agua se recolecta y se calienta con energía solar en un tanque de almacenamiento externo y luego se bombea a través de las tuberías para calentar el invernadero.
La energía solar térmica tiene un gran potencial porque la tecnología ya está ahí. Imágenes de Guang Niu / Getty Así como los invernaderos termosolares son una forma de aplicar las tecnologías termosolares a una necesidad diaria, chimeneas solares térmicas, o chimeneas térmicas, también capitalice los materiales de masa térmica. Las chimeneas térmicas son sistemas de ventilación solar pasiva, lo que significa que no son mecánicos. Los ejemplos de ventilación mecánica incluyen la ventilación de toda la casa que utiliza ventiladores y conductos para expulsar el aire viciado y suministrar aire fresco. A través de los principios de enfriamiento por convección, Las chimeneas térmicas permiten la entrada de aire fresco mientras empujan el aire caliente de adentro hacia afuera. Diseñado en base al hecho de que el aire caliente sube, reducen el calor no deseado durante el día e intercambian aire interior (cálido) por aire exterior (frío).
Las chimeneas térmicas suelen estar hechas de un negro, masa térmica hueca con una abertura en la parte superior para que salga el aire caliente. Las aberturas de entrada son más pequeñas que las salidas de escape y se colocan a una altura de baja a media en una habitación. Cuando sube el aire caliente, se escapa por la salida de escape exterior, ya sea hacia el exterior o hacia una escalera abierta o atrios. Mientras esto sucede, una corriente ascendente aspira aire frío a través de las entradas.
Frente al calentamiento global, el aumento de los costos del combustible y una demanda de energía cada vez mayor, Se espera que las necesidades energéticas aumenten en casi el equivalente a 335 millones de barriles de petróleo por día. principalmente para electricidad [fuente:Meisen]. Ya sea grande o pequeño, dentro o fuera de la red, Una de las mejores cosas de la energía solar térmica es que existe en este momento, sin espera. Al concentrar la energía solar con materiales reflectantes y convertirla en electricidad, modernas plantas de energía solar térmica, si se adopta hoy como parte indispensable de la generación de energía, puede ser capaz de abastecer de electricidad a más de 100 millones de personas en los próximos 20 años [fuente:Brakmann]. Todo de un gran recurso renovable:el sol.
