Energía termosolar: funcionamiento, usos, ventajas y situación en España

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La energía termosolar se ha convertido en una de las grandes protagonistas cuando hablamos de renovables en España y en medio mundo. A medio camino entre la ingeniería más puntera y algo tan sencillo como aprovechar el sol para producir calor, es una tecnología que suele generar muchas dudas: cómo funciona, para qué sirve exactamente o en qué se diferencia de la fotovoltaica.

En este artículo vamos a ver con calma qué es la energía termosolar o solar térmica, cómo funciona tanto en instalaciones domésticas como en grandes centrales, qué aplicaciones tiene, cuáles son sus ventajas e inconvenientes y por qué España se ha colocado entre los países punteros en esta tecnología. Todo ello con un lenguaje claro, directo y cercano, para que cualquiera pueda hacerse una buena idea de su potencial real.

Qué es la energía termosolar o solar térmica

Cuando hablamos de energía termosolar o solar térmica nos referimos al aprovechamiento de la radiación del sol para producir calor. Ese calor se utiliza, sobre todo, para calentar agua (para duchas, calefacción, piscinas o procesos industriales) y, en versiones de alta temperatura, para generar electricidad mediante turbinas y ciclos termodinámicos convencionales.

A diferencia de la energía eléctrica generada con combustibles fósiles como el carbón, el gas natural o el petróleo, la fuente de la termosolar es el sol, que es prácticamente inagotable a escala humana. Esto hace que estemos ante una energía renovable, limpia y silenciosa, muy adecuada tanto para edificios en ciudad como para zonas rurales o aisladas donde llevar gas o reforzar la red puede ser costoso o poco práctico.

En su versión más sencilla, los llamados captadores solares térmicos o placas solares térmicas absorben la radiación y la transforman directamente en energía térmica. Dentro de estos captadores circula un fluido (agua o una mezcla con anticongelante) que se calienta y transfiere esa energía a un depósito de acumulación, desde el cual se distribuye el calor cuando el usuario lo necesita.

En el caso de la energía termosolar de concentración o termoeléctrica (CSP, por sus siglas en inglés), la cosa se lleva un paso más allá: grandes conjuntos de espejos o heliostatos concentran la luz solar en un receptor para alcanzar temperaturas muy elevadas. Con ese calor se genera vapor a alta presión, que impulsa una turbina unida a un generador eléctrico, produciendo así electricidad a gran escala.

Cómo funciona la energía solar térmica paso a paso

El funcionamiento de la energía solar térmica es más sencillo de lo que parece a primera vista, aunque detrás haya mucha ingeniería. Todo arranca con la captación de la radiación solar mediante colectores o captadores, que pueden ser planos, de tubos de vacío o de concentración cilíndrico-parabólica, según la temperatura que se quiera alcanzar y el tipo de instalación.

En el interior de estos colectores circula un fluido caloportador (agua, agua con glicol o aceites térmicos especiales) que, al pasar por la zona expuesta al sol, se calienta. Ese fluido caliente se dirige después a un intercambiador de calor, donde cede su energía a otro circuito, normalmente al agua de un acumulador o depósito, que es la que realmente se va a usar en duchas, radiadores, suelo radiante o procesos industriales.

En muchas instalaciones domésticas entra en juego el llamado termosifón. Este sistema aprovecha la convección natural: el fluido caliente es menos denso que el frío y tiende a subir, lo que permite que circule entre los colectores y el depósito sin necesidad de bombas eléctricas. De este modo, el calor se transfiere al tanque de almacenamiento de forma pasiva, reduciendo consumo eléctrico y simplificando la instalación.

Una vez el agua del depósito está a la temperatura adecuada, puede utilizarse para múltiples usos: desde agua caliente sanitaria (ACS) para vivienda, hasta sistemas de calefacción por radiadores o suelo radiante, calefacción de piscinas o incluso para apoyar procesos industriales que requieran calor a baja o media temperatura.

En instalaciones de mayor complejidad, como las que encontramos en universidades, edificios públicos o grandes centros deportivos, la energía solar térmica suele combinarse con un sistema auxiliar convencional (gas, gasóleo, biomasa o electricidad). El esquema habitual incluye tres grandes subsistemas: captación (batería de colectores), intercambio y acumulación (uno o varios depósitos) y un subsistema auxiliar que entra en funcionamiento cuando no hay suficiente sol o la demanda de calor es muy elevada.

Diferencias entre energía termosolar y fotovoltaica

Es muy habitual mezclar conceptos y pensar que las placas solares fotovoltaicas y las térmicas hacen lo mismo, pero en realidad su función es distinta. Los paneles fotovoltaicos se encargan de transformar directamente la luz solar en electricidad gracias al efecto fotoeléctrico en las células de silicio u otros materiales semiconductores.

Las placas térmicas, por su parte, no producen electricidad (salvo en sistemas especiales de concentración), sino que convierten la radiación en calor. Ese calor se transmite a un fluido y se utiliza después para calentar agua o aire. Por eso, en una misma cubierta podemos encontrar, perfectamente integrados, paneles fotovoltaicos y captadores solares térmicos, cada uno haciendo su trabajo y complementándose.

En muchas viviendas y edificios de nueva construcción se opta por soluciones mixtas en las que la energía termosolar aporta gran parte del agua caliente mientras que la fotovoltaica cubre buena parte del consumo eléctrico. De este modo se reduce de forma notable la factura energética y se disminuye la dependencia de la red y de los combustibles fósiles.

La termosolar de concentración (CSP): producir electricidad con calor

La llamada energía termosolar o termoeléctrica de concentración, conocida internacionalmente como CSP (Concentrated Solar Power), lleva el concepto de solar térmica a gran escala. En lugar de limitarse a producir agua caliente, se utilizan grandes campos de espejos que concentran la radiación en un receptor para alcanzar temperaturas muy elevadas.

La gran diferencia con la solar térmica de baja temperatura es que aquí el objetivo prioritario es la generación de electricidad a gran escala. El calor concentrado se transfiere a un fluido de trabajo (agua, sales fundidas u otros) que, al calentarse, permite generar vapor de alta presión. Este vapor mueve una turbina acoplada a un generador, funcionando de manera muy similar a una central térmica convencional, solo que sin quemar combustibles fósiles.

Dentro de las tecnologías de concentración se distinguen varios diseños. Por un lado, las torres solares, que utilizan un campo de heliostatos —espejos móviles— que orientan continuamente su superficie para reflejar la radiación hacia un receptor situado en lo alto de una torre central. Allí se concentra una enorme cantidad de energía solar, capaz de calentar el fluido de trabajo a temperaturas muy altas.

También existen los sistemas de canal parabólico, en los que reflectores con forma de canal en U concentran la luz en un tubo receptor que se sitúa en la línea focal del espejo. Por su parte, los sistemas de disco parabólico emplean un reflector en forma de plato que dirige la radiación hacia un receptor puntual, pudiendo integrarse con motores Stirling u otras soluciones específicas.

La gran baza de la termosolar de concentración es su capacidad de combinación con sistemas de almacenamiento térmico, normalmente basados en sales fundidas. Esto permite guardar el calor durante horas y generar electricidad también por la noche o en momentos puntuales de baja insolación, lo que la convierte en una tecnología de gran interés para dar flexibilidad a los sistemas eléctricos.

Almacenamiento de energía y flexibilidad de la termosolar

Uno de los puntos fuertes de la energía termosolar frente a otras renovables es su capacidad de almacenamiento. Mientras que la fotovoltaica o la eólica dependen directamente de si hace sol o viento, las centrales termosolares de concentración pueden almacenar energía térmica durante 10 a 15 horas gracias, sobre todo, a depósitos de sales fundidas que retienen el calor con gran eficacia.

Gracias a esta característica, la curva de producción de la termosolar puede adaptarse muy bien a la curva de demanda eléctrica. Cuando la demanda crece al final del día y la fotovoltaica empieza a caer, las plantas termosolares pueden liberar el calor acumulado, generar vapor y producir electricidad, ayudando a cubrir los picos de consumo sin necesidad de recurrir a centrales de gas.

Del mismo modo, en momentos de mucha producción fotovoltaica —por ejemplo, a mediodía en jornadas muy soleadas— la termosolar puede dejar de inyectar energía a la red y centrarse en cargar sus sistemas de almacenamiento. Ese calor almacenado se utilizará más tarde, incluso de noche, lo que demuestra que ambas tecnologías no compiten tanto como se complementan.

Esta capacidad de respuesta rápida convierte a la termosolar en una tecnología muy flexible para el sistema eléctrico. Frente a la variabilidad inherente de la eólica y la fotovoltaica, poder decidir cuándo liberar la energía acumulada aporta estabilidad a la red, evita caídas de tensión y reduce el riesgo de apagones cuando la penetración de renovables es muy elevada.

Según estimaciones recientes, a finales de 2021 existían en el mundo en torno a 23 GWh de almacenamiento térmico en centrales termosolares, prácticamente todo basado en soluciones de sales fundidas. Esa cifra sigue creciendo a medida que nuevos proyectos entran en operación y se desarrollan tecnologías de almacenamiento más eficientes.

Eficiencia energética de la energía termosolar

La eficiencia energética es un factor clave en cualquier tecnología de generación eléctrica, y la termosolar no es una excepción. En el caso de las centrales de concentración, la eficiencia global depende de varios parámetros: la capacidad de los espejos para concentrar la radiación, la temperatura máxima alcanzada por el fluido de trabajo, las pérdidas térmicas en tuberías y depósitos, y el diseño del ciclo termodinámico.

En las plantas termosolares comerciales actuales, la eficiencia de conversión de energía solar a electricidad suele situarse entre el 20 % y el 40 %. Estos valores son similares, e incluso superiores en algunos casos, a los de la energía solar fotovoltaica, cuyas eficiencias comerciales se mueven aproximadamente entre el 18 % y el 26 %.

Si comparamos con otras tecnologías convencionales, la termosolar de concentración puede competir de tú a tú con centrales de carbón o nucleares, que rondan eficiencias cercanas al 35 %. Es cierto que aún queda por debajo de las centrales de ciclo combinado de gas natural, que alcanzan eficiencias del 45-50 %, pero la termosolar tiene a su favor el hecho de no emitir CO2 ni otros contaminantes durante la operación.

En el ámbito de la solar térmica de baja temperatura, la eficiencia no se mide solo en términos de conversión sino en la reducción de consumo de energía convencional. Instalaciones bien diseñadas pueden cubrir una parte muy importante de la demanda de agua caliente de una vivienda o edificio, disminuyendo notablemente el uso de calderas de gas o resistencias eléctricas.

Todo esto convierte a la termosolar en una opción muy interesante desde el punto de vista de la eficiencia global del sistema energético, especialmente cuando se integra con otras renovables y se combina con medidas de ahorro y eficiencia en edificios e industria.

Usos y aplicaciones de la energía solar térmica

La tecnología de solar térmica de baja temperatura se considera madura y muy fiable. Llevamos décadas instalando captadores solares en cubiertas de viviendas, edificios públicos, hoteles o instalaciones deportivas, y su integración en proyectos de nueva construcción o rehabilitación es cada vez más habitual y está ligada a la eficiencia energética en viviendas y edificios.

Según el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE), el desarrollo tecnológico alcanzado y la alta fiabilidad de las instalaciones solares permiten que se integren con relativa facilidad tanto en edificación como en procesos industriales. Los usos más comunes se centran en cubrir necesidades de calor moderado.

• Producción de agua caliente sanitaria (ACS) en viviendas, hoteles, hospitales, residencias o centros deportivos.
• Sistemas de calefacción mediante radiadores de baja temperatura o suelo radiante, especialmente cuando se combina la termosolar con apoyo de calderas o bombas de calor.
• Climatización de piscinas, tanto exteriores como interiores, reduciendo de forma drástica el gasto energético asociado a mantener el agua a una temperatura agradable.
• Calor para procesos industriales donde se requiera agua caliente o vapor de baja/media temperatura, por ejemplo en agroalimentación, lavanderías industriales, secaderos o determinados procesos químicos.
• Producción de frío por absorción, utilizando el calor solar para alimentar máquinas de absorción que generan agua fría para climatización en lugar de usar compresores eléctricos.

Un ejemplo interesante lo encontramos en la Universidad de Murcia, donde se aprovecha la energía solar térmica para producir ACS, calentar el agua de la piscina y alimentar sistemas de suelo radiante. Además, parte del calor puede dirigirse a una máquina de refrigeración por absorción que, en lugar de electricidad, utiliza calor para producir frío con el que acondicionar el aire de diferentes dependencias.

En estas instalaciones avanzadas se distinguen claramente tres bloques: un subsistema de captación basado en baterías de colectores, un subsistema de intercambio y acumulación con varios depósitos de almacenamiento, y un subsistema de energía auxiliar que entra en juego cuando el sol no es suficiente. Todo el sistema está pensado para reducir el consumo de combustibles fósiles y de energía eléctrica convencional.

Ventajas de la energía termosolar

La energía solar térmica y la termosolar de concentración ofrecen un buen número de ventajas que explican su creciente implantación. Empezando por lo básico, el sol es un recurso energético abundante y local, disponible justo en el punto de consumo, lo que evita depender de combustibles importados y reduce los costes asociados al transporte y distribución de la energía.

Al utilizar el sol como fuente principal, se consigue una disminución notable del consumo de energía primaria procedente de gas, gasóleo o carbón. Esto repercute en facturas más bajas para los usuarios y en una menor vulnerabilidad ante subidas de precios o crisis energéticas vinculadas a mercados internacionales.

Desde el punto de vista ambiental, estamos ante una energía limpia que no genera emisiones directas de CO2 ni otros contaminantes durante su operación. Esto ayuda a mitigar el cambio climático y reduce la presencia de compuestos nocivos para la salud en el aire, algo especialmente importante en áreas urbanas densamente pobladas.

Otra de sus ventajas es que las instalaciones de baja temperatura no producen ruidos significativos ni residuos peligrosos. Tampoco generan impactos severos sobre la flora y la fauna, más allá de la ocupación de superficie y ciertos efectos en grandes plantas de concentración de alta temperatura, que sí requieren extensiones de terreno importantes.

En el ámbito socioeconómico, la solar térmica destaca por su capacidad para generar empleo local y especializado. Según datos del IDAE, el solar térmico representa en torno al 9,6 % de los puestos de trabajo del sector de renovables en España, por detrás de la eólica y la fotovoltaica. Se trata, además, de una tecnología que impulsa el tejido empresarial de proximidad: instaladores, mantenedores, ingeniería local y servicios asociados.

Desventajas y limitaciones de la energía termosolar

A pesar de sus muchos puntos fuertes, la energía solar térmica también tiene sus pegas y conviene tenerlas en cuenta antes de abordar una instalación. La primera de ellas es que la fase de fabricación de equipos (captadores, estructuras, depósitos, aislamientos) conlleva un impacto ambiental asociado al uso de materiales y procesos industriales, aunque a lo largo de su vida útil el balance suele ser claramente positivo.

Otro aspecto importante es la inversión inicial relativamente elevada en comparación con sistemas convencionales sencillos. Aunque los costes se han ido reduciendo y existen ayudas y subvenciones en muchos casos, sigue siendo necesario realizar un desembolso inicial que no todo el mundo está dispuesto a asumir sin un buen estudio previo de ahorro y amortización.

La localización geográfica de la vivienda, edificio o industria influye mucho en el rendimiento. En zonas con muchas horas de sol al año, como gran parte de España, la termosolar es especialmente interesante; en regiones con alta nubosidad o baja irradiación anual, el retorno de la inversión puede ser más lento y será necesario dimensionar muy bien el sistema.

También hay que tener presente el carácter intermitente de la energía solar: no siempre hay sol disponible, y cuando lo hay, no siempre coincide con los momentos de mayor demanda de calor o electricidad. Esto obliga a contar con depósitos de acumulación y, en ocasiones, con sistemas de apoyo convencionales, sobre todo en invierno o en situaciones de uso muy intenso.

En el caso de las grandes plantas termosolares de concentración, se suma además la necesidad de grandes extensiones de terreno, inversiones muy importantes y marcos regulatorios estables. Los cambios en políticas energéticas, la reducción de incentivos económicos y la competencia con otras tecnologías renovables más baratas, como la fotovoltaica, han frenado el despliegue de nuevos proyectos en algunos países, incluido España.

Situación de la energía termosolar en España

España se ha consolidado como uno de los líderes mundiales en energía termosolar, tanto en potencia instalada como en capacidad tecnológica e investigadora. Este liderazgo no ha surgido de la nada: es el resultado de décadas de trabajo, con esfuerzos continuados en I+D desde finales de los años 70 que han permitido desarrollar soluciones punteras y exportarlas a otros mercados.

En el ámbito de la solar térmica de baja temperatura, España cuenta con una media de unas 2.500 horas de sol al año, situándose entre los países con mayor potencial de aprovechamiento de esta fuente. En los últimos años se ha producido un aumento significativo de instalaciones en edificios residenciales, sector industrial y agropecuario, con una mejora apreciable de la eficiencia energética del parque edificatorio.

En lo que respecta a la termosolar de concentración, nuestro país suma en torno a 49 centrales operativas y unos 2.300 MW de potencia, lo que lo sitúa como el mercado con mayor capacidad operativa del mundo. Plantas emblemáticas como Gemasolar o Solnova, en Sevilla, son referentes internacionales por su tecnología de torre solar, sistemas de almacenaje térmico y uso de canales parabólicos.

España alberga también la Plataforma Solar de Almería, el mayor centro de investigación europeo centrado en este tipo de tecnologías. Desde allí se desarrollan proyectos de I+D que buscan mejorar la eficiencia, reducir costes y explorar nuevos usos de la energía termosolar tanto en el ámbito eléctrico como en aplicaciones industriales.

A pesar de este liderazgo, el crecimiento de la termosolar en España se ha ralentizado en los últimos años debido a la reducción de incentivos, cambios regulatorios y la fuerte bajada de costes de la fotovoltaica y la eólica. Aun así, la experiencia acumulada y la infraestructura existente sitúan al país en una posición muy favorable para aprovechar el tirón de la transición energética en los próximos años.

A día de hoy, la energía termosolar se encuentra en un punto muy interesante: combina la madurez tecnológica de la solar térmica para agua caliente y calefacción con el enorme potencial de la termosolar de concentración para aportar flexibilidad y almacenamiento al sistema eléctrico. En países soleados como España, con buenas condiciones de irradiación y una sólida base industrial y de I+D, apostar por esta tecnología supone no solo reducir emisiones y consumo de combustibles fósiles, sino también reforzar la independencia energética y generar empleo local cualificado, encajando a la perfección en la estrategia de descarbonización y desarrollo sostenible a medio y largo plazo.