Origen

El Sol y la radiación solar

termica 3Se cree que el sol tiene unos 5.000 millones de años. El Sol genera gran cantidad de energía eléctrica, pero a La Tierra solo llega una pequeña parte de esta energía y, aunque es muy pequeña supera en unas 10.000 veces la potencia de todas las formas de energía que emplea el ser humano. Al exterior de la atmósfera, llegan unos 1353 [W/m2].

Sin embargo, toda ésta energía no llega a la superficie de la Tierra, ya que al atravesar la atmósfera, la radiación solar pierde intensidad debido a diversos factores, tanto atmosféricos como geográficos. La energía que recibe la Tierra del Sol, tiene dos componentes: la radiación directa, que no sufre cambios y la radiación dispersa, debida a la dispersión por parte de la atmósfera y del suelo.

La radiación que llega al suelo es de unos 900 [W/m2] valor que, a escala de todo el planeta, equivale a unas 2.000 veces el consumo energético mundial.

Historia del aprovechamiento térmico de la energía solar

Prehistoria

A diferencia de la energía solar fotovoltaica, es difícil precisar el momento en que el hombre empezó a aprovechar para su beneficio la energía solar térmica. El calor del sol ha sido un elemento muy cotidiano desde siempre y habitualmente empleado por el hombre desde la prehistoria. Acciones tan sencillas como secar la ropa al sol o simplemente calentarse exponiéndose a los rayos solares son actividades que han acompañado al hombre desde siempre, y que ya implican un aprovechamiento solar térmico.

También desde tiempos muy tempranos se dispusieron vegetales (hortalizas, frutas, cereales, flores, hojas) bajo los ardientes rayos solares con el fin de que se deshidratasen. Este acto permitía una mucha mejor conservación de estos alimentos, además de un mucho menor peso, con lo que se facilitaba su transporte.

A partir de este momento sólo se puede considerar rigurosamente como aprovechamiento solar térmico aquel que emplea diversos elementos para una intensificación y mejor empleo del calor solar.

De la Edad Antigua al Renacimiento

Quizá unos de los primeros sistemas de aprovechamiento solar térmico de que se tiene información fueron los empleados para producir fuego por medio de la concentración solar. Griegos y romanos ya en el S III A.C. eran capaces de prender las antorchas de los rituales religiosos por medio de unos recipientes en forma parabólica con el interior reflejante llamados en griego Skaphia. La radiación se concentraba en su foco alcanzando altas temperaturas. En el momento en el que se ponía una antorcha en el foco esta prendía en pocos segundos. Parece documentado que los chinos en el S I también empleaban este sistema para encender sus antorchas en rituales religiosos. Se puede especular que pudo existir algún modelo anterior a los descritos en Mesopotamia o en la India.

Arquímedes durante el sitio de Siracusa por los romanos entre los años 213-211 A.C. utilizó los rayos del Sol para destruir las naves enemigas, mediante la colocación y orientación de espejos en las murallas de la ciudad, proyectando los rayos solares hacia las velas de las naves enemigas, que se incendiaban y quedaban destruidas.

Leonardo da Vinci probablemente era conocedor de los modelos de concentradores usados en la antigüedad y se basó en ellos, en el año 1515, al iniciar un gran proyecto para la producción de vapor y de calor industrial con el calor del sol. El invento consistía en la construcción con espejos cóncavos de un gran concentrador de 6 Km. de diámetro. Lamentablemente este fue uno de sus proyectos inacabados y solo se tiene conocimiento de él a partir de las notas que dejó.

Segunda mitad del SXVIII y SXIX

Un hecho fundamental en la historia de la energía solar térmica la protagonizó en naturalista Suizo Horace de Saussure en 1767 cuando inventó lo que él denomino “caja caliente”, una caja acristalada con el interior pintado de negro.

Todas las caras, excepto la acristalada, contaban con una capa de aislante que retenía el calor producido en su interior. El resultado fue que con su caja caliente logró alcanzar temperaturas de hasta 109 ºC.

Horacio de Saussure había inventado el colector solar que tendrá una determinante repercusión en el desarrollo de la energía solar térmica de baja temperatura. A partir de su invento surgirán todos los desarrollos posteriores de calentadores solares de agua de placa plana que se han proporcionado agua caliente a millones de personas en el mundo. Su invento también dio pie al posterior nacimiento de los hornos solares, como el que fabricó Lavoisier, el gran químico francés, en 1792, consistente en dos potentes lentes que concentraban la radiación solar en un foco y que permitía alcanzaban altas temperaturas con la que fundir metales.

En 1874 el inglés Charles Wilson diseño y dirigió una instalación para la destilación del agua marina en el desierto de Atacama (Chile). Esta central era capaz de proporcionar un promedio de 22.500 litros de agua diarios y estuvo en funcionamiento hasta el año 1907. Contaba con una superficie de captación superior a los 4.000 m2. Se trataba de la primera central conocida de estas características en el mundo.

Otro personaje importante en el desarrollo de la energía solar térmica fue el ingeniero francés Auguste Mouchot con sus modelos de concentradores solares. Ya en 1861 aportó un nuevo modelo de cocina solar. Sin embargo el gran invento de Mouchot, tras años de investigación con las aplicaciones industriales de la radiación solar, fue la máquina de vapor alimentada por energía solar. Mouchet no creía que el carbón pudiera sostener en un futuro el vigoroso desarrollo industrial de la época, por ello decidió investigar las aplicaciones industriales de la energía solar, la cual comprendía que era más barata y abundante. En 1877 Mouchot obtuvo el encargo de instalar varias turbinas de este tipo en la Argelia francesa, lugar de abundante sol. También Mouchot fue comisionado por el gobierno francés para la creación de una gran turbina alimentada por energía solar para la exposición internacional de París de 1878. Con ella obtuvo medalla de oro cuando mostró algo tan sorprendente como que podía obtener hielo a partir del calor concentrado del sol.

Abel Pifre, pupilo de Mouchet durante algunos años, inventó la primera imprenta accionada con energía solar. Lamentablemente estos exitosos inventos no tuvieron el apoyo debido ni apenas continuidad debido a que la extracción del carbón se perfeccionó y abarató y con ello esta fuente de energía solar pasó a ser considerada como cara y abandonada para fines industriales.

A lo largo del S XIX, para el calentamiento del agua de baño y como alternativa a los costosos y a veces peligrosos calentadores de gas o carbón, surgió la idea en Estados Unidos de dejar contenedores pintados de negro expuestos al sol para que se calentasen. Sin embargo para obtener agua caliente suficiente se requería de días muy soleados y en cuanto llegaba la noche el agua se enfriaba muy rápidamente.

El siguiente paso en la evolución, y desde el punto de vista comercial la primera patente de invento para calentar agua con el sol de una manera más eficaz, se dio en 1891 cuando Clarence Kemp sacó al mercado en Estados Unidos el calentador de agua “Climax”. Este método combinaba el modelo de los tanques expuestos al sol con el principio de la caja caliente. Así se conseguía ms agua caliente, a mayores temperaturas y que se conservara por más tiempo.

Este sistema alcanzó una notable expansión en las regiones soleadas de Estados Unidos.

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Referencias:

Web Sitiosolar.com. Portal de las energías renovables: http://www.sitiosolar.com
Blog: https://villalbasolartermica.wordpress.com