Energía solar térmica: una revolución verde en energía térmica limpia

En medio de la ola global de transición energética baja en carbono, la energía solar, un recurso renovable inagotable, se ha convertido en un motor fundamental de la revolución energética. Entre sus aplicaciones, la tecnología termosolar, con ventajas únicas como la conversión térmica directa, un potente almacenamiento de energía y una amplia gama de aplicaciones, ha pasado gradualmente de ser un actor potencial a una fuerza clave en el sector energético, ofreciendo una solución práctica para abordar la escasez de energía y la contaminación ambiental.

El principio fundamental de la energía solar térmica es convertir la radiación solar directamente en energía térmica mediante dispositivos específicos, a diferencia de la tecnología fotovoltaica (FV), que primero la convierte en electricidad. El proceso se basa en el funcionamiento coordinado de tres eslabones clave: captación, transferencia y almacenamiento de calor. El colector de calor, como componente principal, capta la luz solar mediante tecnologías como recubrimientos de absorción y espejos de concentración, convirtiendo la energía luminosa en energía térmica y transfiriéndola a un medio de transferencia de calor (como agua o aceite conductor de calor). Este medio transporta el calor a un dispositivo de almacenamiento mediante tuberías o lo suministra directamente a los usuarios finales. El sistema de almacenamiento de calor, que utiliza materiales de cambio de fase o depósitos de agua aislados, permite el almacenamiento de calor a largo plazo, garantizando un suministro de energía estable incluso de noche o en días nublados. En comparación con la tecnología fotovoltaica, la energía solar térmica presenta una clara ventaja: el aprovechamiento directo de la energía térmica: evita la pérdida de energía en la conversión de electricidad, alcanzando una eficiencia térmica del 50 % al 80 %, lo que la hace especialmente adecuada para situaciones que requieren un suministro térmico continuo y estable.

En términos de desarrollo tecnológico, la energía solar térmica ha conformado un sistema técnico multidimensional para satisfacer las necesidades energéticas de diferentes escalas. Para aplicaciones pequeñas y medianas, los colectores planos y los colectores de tubos de vacío son la norma. Los colectores planos, con estructuras sencillas y bajos costes, se utilizan ampliamente para el suministro de agua caliente sanitaria residencial. Por ejemplo, en las zonas rurales del norte de China, los calentadores solares de agua, instalados en los tejados, satisfacen necesidades diarias como el lavado y la calefacción. Los colectores de tubos de vacío, gracias a su capa de vacío aislada, ofrecen un mejor rendimiento a bajas temperaturas (operando con normalidad incluso a -20 °C), lo que los convierte en la opción preferida para regiones de alta latitud. En proyectos energéticos a gran escala, la tecnología solar térmica de concentración (CSP) muestra un gran potencial: utiliza numerosos helióstatos para concentrar la luz solar en un receptor central, generando energía térmica de alta temperatura (superior a 400 °C) que no solo puede impulsar turbinas de vapor para la generación de energía, sino también apoyar la producción industrial de vapor y la desalinización de agua de mar. La planta termosolar PS10 de España, por ejemplo, utiliza 1.250 helióstatos y un receptor de torre central para lograr una generación de energía continua las 24 horas del día, los 7 días de la semana, con una producción anual de 23 millones de kWh, estableciendo un modelo para la operación comercial de proyectos termosolar a gran escala.

Con la expansión de sus escenarios de aplicación, la energía solar térmica está trascendiendo el mero suministro de agua caliente para convertirse en un sistema integrado multisectorial, convirtiéndose en un eslabón clave que conecta las necesidades de subsistencia de las personas con la producción industrial. En el sector civil, además de los calentadores de agua domésticos, los sistemas de calefacción solar térmica se han promovido ampliamente en las ciudades del norte de China. En Pekín, por ejemplo, en 2024 se añadieron más de 5 millones de metros cuadrados de nuevas zonas de calefacción solar térmica. Mediante un modelo combinado de colectores de calor + tanques de almacenamiento de calor + bombas de calor auxiliares, el consumo de energía para calefacción en invierno se redujo en más de un 60 % en comparación con las calderas de gas tradicionales, mientras que las emisiones de carbono disminuyeron en aproximadamente 300 000 toneladas. En la industria, la energía solar térmica ofrece un nuevo enfoque para que los sectores con un alto consumo energético reduzcan las emisiones de carbono. Industrias como la textil y la alimentaria requieren grandes cantidades de calor industrial (100-200 °C); la instalación de colectores de calor de temperatura media puede sustituir directamente a las calderas de carbón o gas, reduciendo así los costes energéticos y las emisiones contaminantes de las empresas. Además, en la agricultura, la energía solar térmica se utiliza para la calefacción de invernaderos y el secado de productos agrícolas. Una base productora de cerezas en la provincia de Shandong adoptó equipos de secado solar térmico, acortando el ciclo de secado de cerezas de 7 días (método tradicional) a 3 días, evitando la pérdida de calidad del secado con carbón y aumentando las primas del producto en un 20 %.

El valor ambiental de la energía solar térmica reside no solo en su característica de "cero emisiones de carbono", sino también en su efecto de sustitución de los sistemas energéticos tradicionales. Datos de la Agencia Internacional de la Energía (AIE) muestran que el consumo de energía térmica en edificios e industrias a nivel mundial representa más del 50% del consumo total de energía, y depende principalmente de combustibles fósiles como el carbón y el gas natural. Si la tasa de aplicación de la energía solar térmica se incrementa al 20%, las emisiones globales de carbono podrían reducirse en aproximadamente 3 mil millones de toneladas anuales, lo que equivale al efecto de secuestro de carbono de plantar 16 mil millones de árboles. En el marco de los objetivos de "doble carbono" de China (alcanzar el pico de carbono para 2030 y neutralidad de carbono para 2060), la energía solar térmica se ha incluido en los planes de desarrollo energético. El XIV Plan Quinquenal para el Desarrollo de las Energías Renovables establece claramente que, para 2025, la capacidad instalada de energía solar térmica alcanzará los 5 millones de kilovatios, y la superficie destinada a calefacción solar térmica y suministro de calor industrial superará los mil millones de metros cuadrados, lo que impulsará considerablemente la industrialización de la tecnología solar térmica.

Sin duda, la energía solar térmica aún enfrenta desafíos: una alta inversión inicial para proyectos a gran escala, margen de mejora en el rendimiento de los materiales de almacenamiento de calor y una dotación limitada de recursos solares en algunas regiones. Sin embargo, gracias a la iteración tecnológica y al apoyo de políticas, estos problemas se están resolviendo gradualmente. Los nuevos colectores con nanorrecubrimiento han aumentado la eficiencia térmica a más del 85 %, la tecnología de almacenamiento de calor en sales fundidas permite el almacenamiento de calor a muy largo plazo, y los sistemas híbridos de energía solar térmica y fotovoltaica complementan las ventajas de ambas tecnologías para mejorar aún más la estabilidad del suministro energético.

Desde calentadores de agua domésticos en los tejados hasta plantas de energía solar térmica a gran escala en desiertos, la energía solar térmica está transformando los patrones de utilización de energía de la humanidad de forma visible y práctica. No es solo una tecnología de energía limpia, sino también una fuerza vital para el desarrollo sostenible. En el futuro, con los continuos avances tecnológicos y la expansión de los escenarios de aplicación, la energía solar térmica desempeñará sin duda un papel más importante en la transición energética global, proporcionando un sólido apoyo térmico para la construcción de un planeta sin emisiones de carbono.