Energía solar térmica: la otra manera de usar el sol
La fotovoltaica y la solar térmica suelen presentarse como rivales, y para generar electricidad la fotovoltaica ha ganado en gran medida por coste. Pero responden a preguntas distintas. Una produce electrones en el instante en que la luz incide; la otra produce calor que puede conservarse, y cerca de la mitad de la demanda final de energía del mundo es calor de entrada.
Dos tecnologías bajo un mismo nombre
La familia más sencilla es el colector plano o de tubos de vacío: un absorbedor oscuro tras un vidrio, con agua o un fluido caloportador circulando por él. Alcanza entre 60 y 90 grados, exactamente lo que un hogar necesita para lavar y calentar, y lo hace con un rendimiento de conversión del 50 al 70 por ciento, muy por encima de cualquier módulo fotovoltaico, porque convertir luz en calor es termodinámicamente fácil.
En el mundo este es el mayor despliegue. Hay centenares de gigavatios térmicos sobre tejados, de forma abrumadora en China, seguida de Turquía, Israel, India y Grecia. Un termo solar suele ser la reducción de emisiones más barata al alcance de un hogar, y no aparece en las estadísticas eléctricas porque nunca produce electricidad.
La segunda familia concentra la luz para alcanzar temperaturas que un colector plano no logra. Los espejos enfocan la luz directa por un factor de varios centenares y producen calor entre 400 y 565 grados. Es suficiente para generar vapor en las condiciones que una turbina convencional espera, de modo que la mitad trasera de una central de concentración es la misma maquinaria que la de una central de carbón o nuclear.
Dominan cuatro configuraciones. Los cilindroparabólicos enfocan sobre un tubo situado en la línea focal y son los más probados comercialmente. Las torres solares emplean un campo de espejos con seguimiento apuntando a un receptor central, alcanzan temperaturas mayores y por tanto mejor rendimiento de conversión. Los sistemas Fresnel lineales aproximan el cilindro con espejos planos a menor coste. Los discos siguen al sol en dos ejes y mueven un pequeño motor en el foco.
Por qué almacenar el calor es la clave
Un panel fotovoltaico produce electricidad, y la electricidad es difícil y cara de almacenar. Una planta de concentración produce calor, y el calor es fácil y barato de almacenar. Esa única asimetría es todo el argumento de la tecnología.
El método habitual son las sales fundidas, normalmente una mezcla de nitrato de sodio y de potasio, guardada en depósitos aislados. La sal caliente a unos 565 grados puede extraerse para generar vapor cuando el operador lo decida. Las pérdidas rondan el uno por ciento diario. Una planta con almacenamiento completo puede generar de 8 a 15 horas después de ponerse el sol, lo que le permite cubrir la punta de demanda vespertina que la fotovoltaica se pierde por completo.
El coste de ese almacenamiento es notablemente bajo por unidad de energía, porque el medio es sal industrial y el recipiente un depósito de acero. Comparado con el coste de una batería equivalente, el almacenamiento térmico a esta escala es bastante más barato, aunque conviene precisar qué se compara, ya que la planta almacena calor y no electricidad y solo puede liberarlo a través de su propia turbina.
El resultado es una planta solar gestionable. Operadores de España, Marruecos, Chile y Emiratos Árabes Unidos explotan centrales de concentración precisamente para suministrar en las horas posteriores al ocaso, y varias tienen contratos de entrega durante las veinticuatro horas.
Adónde fue la economía
Durante un tiempo, hacia 2010, la solar de concentración y la fotovoltaica parecieron competidoras reales. Después los precios de los módulos cayeron cerca de un 90 por ciento en una década y la competencia terminó para la electricidad diurna corriente. Las plantas de concentración son intensivas en capital, necesitan grandes extensiones llanas y mucho acero, vidrio y obra especializada, y carecen de una curva de aprendizaje equivalente porque cada planta es un proyecto de construcción y no un producto fabricado.
Dos restricciones marcan dónde siguen teniendo sentido. La primera es la irradiancia directa normal: los espejos solo pueden concentrar luz directa, así que la bruma, las nubes y la humedad les perjudican mucho más que a la fotovoltaica, que sigue funcionando con luz difusa. Las regiones económicamente viables son, por tanto, los cinturones desérticos: España, el norte de África, Oriente Medio, Chile, Sudáfrica, el suroeste de Estados Unidos, el oeste de China.
La segunda es que el valor está en el almacenamiento y no en la generación. Donde una red necesita electricidad solar después del anochecer y puede pagarla, las plantas de concentración compiten. Donde solo necesita energía diurna, la fotovoltaica gana sin discusión.
Una aplicación en crecimiento esquiva la competencia por completo: el calor de proceso industrial. Muchísimos procesos industriales necesitan calor entre 100 y 400 grados, por encima de lo que alcanza una bomba de calor y por debajo de lo que exige un horno. Los colectores de concentración lo suministran directamente, sin conversión a electricidad y vuelta, y es hoy la parte del campo que más rápido crece.
El argumento de la complementariedad
La forma útil de situar la solar térmica es por lo que aporta a un sistema y no por su coste por kilovatio-hora aislado. La fotovoltaica entrega energía barata durante el día. La solar de concentración con almacenamiento entrega energía más cara en el momento que el operador elija. Son productos distintos, y una red compra los dos.
Ese enfoque reaparece por todo el sistema energético. La eólica y la fotovoltaica suministran cuando el clima lo permite; la hidroeléctrica con embalse, la geotermia y la fisión nuclear suministran cuando se les pide. El valor económico de un megavatio-hora depende mucho de cuándo llega, y las comparaciones que ignoran el momento inducen a error en ambas direcciones.
La solar térmica de baja temperatura plantea un argumento distinto y más sencillo. Cerca de la mitad de la demanda final de energía del mundo es calor, no electricidad, y buena parte de ese calor está a temperaturas que un colector plano alcanza. Convertir luz solar en electricidad para después producir agua caliente incluye una conversión que la física no exige.
Ese principio -usar la energía en la forma que la tarea realmente necesita- es el mismo que hay detrás de las bombas de calor, las redes de calor y la recuperación de calor industrial, y con frecuencia es una oportunidad mayor y más barata que generar más electricidad.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre solar térmica y fotovoltaica?
La fotovoltaica convierte la luz directamente en electricidad dentro de un semiconductor. La solar térmica capta la luz como calor, ya sea a baja temperatura para agua caliente y calefacción, o concentrada a varios centenares de grados para generar vapor destinado a una turbina. Una produce electrones; la otra, calor que puede almacenarse.
¿Puede una planta solar generar de noche?
Una planta de concentración con almacenamiento térmico sí. La sal fundida calentada durante el día se guarda en depósitos aislados y se extrae para generar vapor tras el ocaso, normalmente entre 8 y 15 horas. Las pérdidas rondan el uno por ciento diario. Las plantas fotovoltaicas necesitan baterías separadas para algo comparable.
¿Por qué necesita cielos despejados la solar de concentración?
Los espejos solo pueden enfocar luz directa. La luz difusa dispersada por nubes o bruma llega desde todas las direcciones y no puede concentrarse sobre un receptor. Los paneles fotovoltaicos sí generan con luz difusa, y por eso funcionan en el norte de Europa mientras las plantas de concentración quedan restringidas a regiones desérticas.
¿Es la solar térmica más eficiente que la fotovoltaica?
Para producir calor sí, con amplio margen: un colector plano convierte del 50 al 70 por ciento de la luz incidente en calor útil, frente al 22-24 por ciento de un módulo fotovoltaico que produce electricidad. Pero los productos no son comparables. Para generar electricidad, una planta de concentración convierte en conjunto entre el 15 y el 20 por ciento.
¿Por qué adelantó la fotovoltaica a la solar de concentración?
Los precios de módulo cayeron cerca de un 90 por ciento en la década de 2010 porque los paneles son productos fabricados con una curva de aprendizaje pronunciada. Una planta de concentración es un proyecto de obra, con acero, espejos, terreno y trabajos de emplazamiento que no abaratan del mismo modo. La solar de concentración conserva ventaja solo donde la red paga precisamente por producción gestionable tras el ocaso.
