Energía solar térmica. Fundamentos, tecnologías y aplicaciones E-Book

DAVID PEREZ

• Herausgeber: Marcombo
• Kategorie: Fachliteratur
• Sprache: Spanisch
• Veröffentlichungsjahr: 2024

Seitenzahl: 379

Beschreibung

La energía solar térmica se erige como una piedra angular en la búsqueda de una matriz energética sustentable y eficiente. En este libro podrás adentrarte en un análisis detallado y exhaustivo que abarca desde los principios básicos hasta las innovaciones más recientes en este campo tan crucial. El autor, David Pérez, respaldado por su labor investigativa en el Centro de Investigación e Innovación y Desarrollo Tecnológico (CIIDETEC) - UVM Campus Coyoacán, ofrece en este libro un enfoque autorizado y actualizado que garantiza un profundo entendimiento del tema. Gracias a su lectura: "Explorarás cómo la radiación solar se convierte en calor para la generación de agua caliente sanitaria y la producción de energía eléctrica mediante sistemas termosolares avanzados. "Analizarás con detenimiento las ventajas y desventajas de esta tecnología, comprendiendo su impacto en la arquitectura solar y su potencial para la conversión eficiente de energía térmica a eléctrica. "Descubrirás los aspectos técnicos que sustentan el funcionamiento de los colectores solares, los sistemas de almacenamiento térmico y los procesos de conversión de energía. Asimismo, desde el diseño e instalación de sistemas solares térmicos hasta su integración en edificaciones sostenibles y redes eléctricas inteligentes, este libro te proporcionará las herramientas necesarias para implementar soluciones energéticas innovadoras y respetuosas con el medio ambiente. Además de abordar los fundamentos teóricos, examinarás casos prácticos y estudios de viabilidad que ilustran la aplicación concreta de la energía solar térmica en diversos contextos. Evaluarás también las consideraciones económicas, sociales y ambientales asociadas a su implementación, promoviendo un enfoque integral y sostenible hacia la transición energética. Energía solar térmica. Fundamentos, tecnologías y aplicaciones es una herramienta invaluable para profesionales y estudiantes interesados en profundizar su comprensión sobre esta fuente de energía limpia y renovable. Prepárate para explorar el vasto potencial de la energía solar térmica y contribuir al desarrollo de soluciones energéticas innovadoras que impulsen una sociedad más sustentable y equitativa. ¡Únete al movimiento hacia un futuro energético más brillante y responsable!

Leseprobe

Energía solar térmica. Fundamentos, tecnologías y aplicaciones

© 2024 David Pérez Granados

Primera edición, 2024

© 2024 MARCOMBO, S. L.

www.marcombo.com

Diseño de cubierta: ENEDENÚ DISEÑO GRÁFICO

Maquetación: Reverté-Aguilar

Corrección: Haizea Beitia

Ilustraciones: Juan Carlos Olvera Granados

Directora de producción: M.a Rosa Castillo

Cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública o transformación de esta obra solo puede ser realizada con la autorización de sus titulares, salvo excepción prevista por la ley. Diríjase a CEDRO (Centro Español de Derechos Reprográficos, www.cedro.org) si necesita fotocopiar o escanear algún fragmento de esta obra

ISBN del libro en papel: 978-84-267-3812-7

ISBN del libro electrónico: 978-84-267-3844-8

Producción del ePub: booqlab

A mi hijo, mi motivación más profunda

Contenido

Prólogo

Agradecimientos

CAPÍTULO 1

Introducción a la energía solar térmica

1.1. ¿Qué es la energía?

1.1.1. Clasificación de la energía según origen y uso

1.1.2. Unidades de medida y relación entre energía y trabajo

1.1.3. Transformación de energía en ejemplos cotidianos

1.2. Energías no renovables

1.3. Energías renovables

1.4. El sol como motor fundamental de la energía terrestre

1.5. Energía solar

1.6. Tipos de conversión solar térmica

1.6.1. Energía solar pasiva

1.6.2. Innovaciones pasivas en la arquitectura

1.6.3. Energía solar térmica activa

1.6.4. Energía solar fotovoltaica

1.6.5. Energía solar térmica

1.7. Ventajas y aplicaciones de la energía solar térmica

1.8. Energías renovables en el contexto actual

1.9. Contribución de la energía solar térmica para la mitigación del cambio climático en España

CAPÍTULO 2

Antecedentes de la energía solar térmica

2.1. Introducción a los antecedentes de la energía solar térmica

2.2. ¿Qué es la energía solar térmica y cómo funciona?

2.3. Historia de la energía solar térmica

2.3.1. Los inicios: aplicaciones tempranas

2.3.2. Avances en la era contemporánea

2.3.3. Tecnologías actuales: sistemas de concentración

2.3.4. Perspectivas futuras: innovación y desafíos

2.4. Ventajas y limitaciones de la energía solar térmica

2.5. Disponibilidad de la energía solar

2.5.1. Variabilidad geográfica, espacial y temporal

2.5.2. Factores que influyen en la disponibilidad

2.5.3. Importancia en el diseño de sistemas de energía solar térmica

2.6. Conceptos básicos de la radiación solar

2.6.1. Tiempo solar y su influencia en la radiación

2.6.2. Influencia de los solsticios

2.6.3. Dinámica solar

2.6.4. Radiación solar terrestre y su variabilidad

2.7. Coordenadas solares

2.8. Radiación solar en España

2.8.1. Desafíos y oportunidades en el sector solar español

2.9. Estimación de sombras

2.9.1. Sombras externas

2.9.2. Sombras internas

2.9.3. Cálculo de estimación de sombras

2.10. Estimación y medición de la radiación solar

2.10.1. Variación del flujo de la energía con la distancia

2.10.2. Tipos de radiación solar

2.11. Cálculo de la irradiancia directa sobre una superficie

2.11.1. Ley de Lambert-Beer

2.11.2. Ángulo de incidencia (θ)

2.11.3. Radiación directa sobre una superficie inclinada

2.12. Medición de la radiación solar

2.12.1. Medición de la radiación solar: instrumentos y técnicas

2.13. Principios de transferencia de calor en sistemas solares térmicos

2.13.1. Cuerpo negro y absorción de radiación solar

2.13.2. Emitancia y su relación con la radiación térmica

2.13.3. Superficies selectivas en colectores solares

2.14. Autoevaluación del capítulo 2

CAPÍTULO 3

Colectores de sistemas solares térmicos

3.1. Introducción a los colectores de sistemas solares térmicos (SST)

3.2. Colectores solares planos

3.2.1. Estructura y funcionamiento de colectores solares planos

3.3. Colectores solares de concentración

3.3.1. Sistemas de seguimiento solar

3.3.2. Aplicaciones industriales de los colectores solares de concentración

3.4. Colectores solares de tubos de vacío

3.4.1. Tecnología de tubos de vacío

3.4.2. Ventajas y limitaciones en el uso de tubos de vacío

3.4.3. Consideraciones finales y perspectivas futuras

3.5. Eficiencia y diseño de colectores

3.6. Autoevaluación del capítulo 3

CAPÍTULO 4

Sistemas de almacenamiento térmico

4.1. Introducción a los sistemas de almacenamiento térmico

4.2. Categorización de los métodos de almacenamiento térmico

4.3. Almacenamiento de calor sensible (Sensible Heat Storange, SHS)

4.3.1. Sistemas de almacenamiento en forma sólida

4.3.2. Sistemas de almacenamiento en forma líquida

4.4. Almacenamiento de calor latente (Latent Heat Storage, LHS)

4.4.1. Almacenamiento de calor latente en fase sólida–sólida (SSPCM)

4.4.2. Almacenamiento de calor latente en fase sólida-líquida

4.4.3. Almacenamiento de calor latente en fase líquida-gas

4.5. Almacenamiento termoquímico

4.6. Materiales de cambio de fase (Phase Change Materials, PCM)

4.7. Clasificación en función del estado de la sustancia almacenadora

4.7.1. Sistemas sólidos

4.7.2. Sistemas líquidos

4.7.3. Sistemas gaseosos

4.7.4. Almacenamiento activo

4.7.5. Almacenamiento pasivo

4.7.6. Sistemas combinados

4.8. Materiales utilizados en sistemas de almacenamiento térmico

4.8.1. Sales fundidas

4.8.2. Funcionamiento y ventajas del almacenamiento con sales fundidas

4.8.3. Desafíos técnicos y ambientales

4.9. Tanques de almacenamiento

4.9.1. Tipos de tanques de almacenamiento

4.9.2. Tanques de almacenamiento de agua caliente

4.9.3. Tanques presurizados

4.9.4. Tanques atmosféricos (no presurizados)

4.10. Tipos de almacenamiento térmico

4.11. Dimensionamiento y capacidad en sistemas de almacenamiento térmico

4.11.1. Métodos de dimensionamiento para tanques de almacenamiento

4.11.2. Consideraciones sobre la capacidad de almacenamiento en sistemas solares térmicos

4.12. Autoevaluación del capítulo 4

CAPÍTULO 5

Tipos de centrales de energía solar térmica

5.1. Introducción

5.2. Central termosolar con colectores parabólicos

5.2.1. Elementos clave del sistema

5.2.2. Impacto y desafíos

5.3. Discos parabólicos de Stirling

5.3.1. Elementos clave del sistema

5.3.2. Impacto y desafíos

5.4. Central termosolar de heliostatos con receptor central en torre

5.4.1. Elementos clave del sistema

5.4.2. Impacto y desafíos

5.5. Central termosolar con reflectores lineales Fresnel

5.5.1. Elementos clave del sistema

5.6. Comparación y selección de centrales

5.7. Sistemas de calentamiento de agua

5.7.1. Sistemas de circulación y control de temperatura

5.7.2. Integración de colectores solares en sistemas de calentamiento de agua

5.8. Rendimiento de los colectores solares

5.9. Conexión de colectores solares

5.9.1. Conexión en serie

5.9.2. Conexión en paralelo

5.9.3. Conexión mixta

5.10. Sistema solar térmico

5.10.1. Circuito primario

5.10.2. Circuito secundario

5.10.3. Circuito de consumo

5.11. Autoevaluación del capítulo 5

CAPÍTULO 6

Aplicaciones comerciales de la energía solar térmica

6.1. Introducción a las aplicaciones comerciales de la energía solar térmica

6.2. Cocinas solares

6.2.1. Principios de funcionamiento

6.3. Tipos de cocinas solares

6.3.1. Cocinas solares directas

6.3.2. Cocinas solares indirectas

6.3.3. Impacto de las cocinas solares en la reducción del consumo de leña, gas y electricidad

6.4. Autoevaluación del capítulo 6

CAPÍTULO 7

Aplicaciones residenciales

7.1. Introducción a las aplicaciones residenciales

7.2. Obtención de suelo radiante

7.2.1. Definición y principios de funcionamiento

7.2.2. Componentes del sistema de suelo radiante

7.3. Obtención de agua caliente sanitaria (ACS) residencial

7.3.1. Definición de agua caliente sanitaria

7.3.2. Fundamentos de la transferencia de calor

7.3.3. Sistemas de energía solar térmica para ACS

7.3.4. ACS con sistema de circulación natural

7.3.5. ACS con sistema de forzado

7.4. Dimensionamiento para ACS

7.4.1. Demanda de agua caliente

7.4.2. Ubicación geográfica

7.4.3. Orientación e inclinación del colector solar

7.4.4. Eficiencia del colector

7.4.5. Rendimiento del sistema de almacenamiento de calor

7.4.6. Cálculo de la capacidad del sistema

7.5. Normativa y regulaciones para sistemas de ACS

7.5.1. España

7.5.2. Código Técnico de la Edificación (CTE)

7.5.3. RITE y contribución solar mínima

7.6. Calefacción solar en viviendas

7.7. Sistemas de refrigeración por absorción solar

7.7.1. Ciclo de refrigeración por absorción y su aplicación en sistemas de refrigeración solar

7.8. Autoevaluación del capítulo 7

CAPÍTULO 8

Aplicaciones industriales

8.1. Introducción a las aplicaciones comerciales e industriales

8.2. Sistemas solares para procesos industriales

8.2.1. Aplicaciones en la industria química y manufacturera

8.2.2. Procesos de secado y evaporación utilizando energía solar

8.3. Aplicaciones de la energía solar en la agricultura

8.3.1. Riego en la agricultura aplicando energía solar térmica

8.4. Generación de electricidad por energía solar térmica

8.4.1. Torres solares y sistemas de energía solar concentrada (CSP) para generación eléctrica

8.4.2. Ciclos de energía Rankine y Stirling en sistemas de generación de electricidad solar

8.4.3. Tecnologías de concentración solar y su aplicación en torres solares

8.4.4. Almacenamiento térmico en centrales de energía solar concentrada

8.5. Sistemas de pasteurización por energía solar térmica

8.5.1. Principios de la pasteurización solar

8.5.2. Tipos de sistemas de pasteurización solar

8.5.3. Ventajas y limitaciones de la pasteurización solar

8.6. Autoevaluación del capítulo 8

CAPÍTULO 9

Energía solar térmica en la arquitectura y el diseño urbano

9.1. Introducción a la energía solar térmica en la arquitectura y el diseño urbano

9.2. Integración de sistemas solares en edificaciones

9.2.1. Fachadas solares y techos verdes: diseños arquitectónicos sostenibles

9.2.2. Diseño arquitectónico para aprovechar la luz solar y maximizar la eficiencia energética

9.2.3. Certificaciones y estándares en construcción sostenible

9.3. Autoevaluación del capítulo 9

CAPÍTULO 10

Optimización de sistemas solares térmicos

10.1. Introducción a la optimización de sistemas solares térmicos

10.2. Estrategias para mejorar la eficiencia energética

10.2.1. Análisis de pérdidas y optimización de colectores solares

10.3. Diseño óptimo de sistemas solares térmicos

10.3.1. Herramientas de simulación y modelado para diseño eficiente

10.4. Autoevaluación del capítulo 10

CAPÍTULO 11

Mantenimiento y diagnóstico de sistemas solares térmicos

11.1. Introducción al mantenimiento y diagnóstico de sistemas solares térmicos

11.2. Diagnóstico de fallos y reparaciones

11.2.1. Herramientas de diagnóstico avanzado para sistemas solares

11.3. Procedimientos de mantenimiento preventivo

11.3.1. Inspecciones regulares y limpieza de componentes solares

11.3.2. Reemplazo y reparación de partes defectuosas en sistemas solares

11.4. Implementación de mejoras continuas

11.4.1. Estrategias para la optimización del rendimiento

11.4.2. Implementación de mejoras continuas

11.5. Autoevaluación del capítulo 11

CAPÍTULO 12

Desafíos y limitaciones actuales de la energía solar térmica

12.1. Introducción a los desafíos y limitaciones actuales de la energía solar térmica

12.2. Barreras técnicas y económicas en la adopción de tecnologías solares térmicas

12.2.1. Desafíos en la producción de tecnología y su impacto en costes

12.2.2. Costes y amortización de inversión en sistemas solares térmicos

12.3. Consideraciones medioambientales y sociales en la implementación de energía solar térmica

12.3.1. Impacto en la biodiversidad y medidas de mitigación

12.4. Autoevaluación del capítulo 12

CAPÍTULO 13

Innovaciones y tendencias futuras de la energía solar térmica

13.1. Introducción a las innovaciones y tendencias futuras de la energía solar térmica

13.2. Investigaciones en nuevos materiales para tecnologías solares térmicas avanzadas

13.2.1. Desarrollos en materiales termo-absorbentes y su aplicación en colectores solares

13.2.2. Nanotecnología en colectores solares y su impacto en la eficiencia energética

13.3. Desarrollo de tecnologías emergentes en el campo de la energía solar térmica

13.3.1. Tecnologías híbridas: solar y geotérmica para maximizar la eficiencia

13.4. Autoevaluación del capítulo 13

CAPÍTULO 14

Normas técnicas en energía solar térmica

14.1. Normas y estándares internacionales

14.1.1. Introducción a las normas internacionales

14.1.2. Organización Internacional de Normalización (ISO)

14.1.3. Comisión Electrotécnica Internacional (IEC)

14.1.4. Asociación Internacional de la Energía Solar (ISES)

14.2. Normas internacionales para la energía solar térmica

14.3. Impacto de las normas internacionales

14.4. Normatividad en España

14.4.1. Organizaciones de normalización en España

14.4.2. Normas españolas para la energía solar térmica

14.4.3. Impacto de las normas españolas

14.5. Autoevaluación del capítulo 14

CAPÍTULO 15

Evaluación del impacto ambiental de la energía solar térmica

15.1. Evaluación del impacto ambiental

15.1.1. Huella de carbono de la energía solar térmica

15.1.2. Etapas de vida de la energía solar térmica

15.1.3. Comparación con fuentes de energía convencionales

15.2. Análisis económico y retorno de inversión

15.2.1. Evaluación de costes a largo plazo

15.2.2. Retorno de inversión para agua caliente sanitaria (ACS)

15.2.3. Beneficios económicos para comunidades locales

15.3. Autoevaluación del capítulo 15

Glosario

Solucionario de ejercicios

Solucionario de autoevaluación

Referencias

Prólogo

Existen múltiples fuentes de energía en la tierra, organizadas en distintas categorías según sus propiedades, como el petróleo crudo y el gas natural. El logro del dominio del fuego fue un hito crucial en la historia de la humanidad, ya que la energía en forma de calor y luz condujo a avances sustanciales en la vida económica y social. Asimismo, la disponibilidad y el uso de las fuentes de energía han sido cruciales. Las diversas manifestaciones, transformaciones y aplicaciones de la energía contribuyen al desarrollo de diversas formas de vida y son cada vez más fundamentales para mejorar las condiciones de vida y el bienestar humanos. Los efectos del cambio climático están impulsando a las naciones de todo el mundo a modificar sus métodos de producción de energía eléctrica, pasando del coque y el petróleo a fuentes limpias y renovables como la energía eólica o solar, entre otras cosas.

Los recursos energéticos de la tierra se distribuyen y clasifican según sus características, incluidos el petróleo, el gas natural, el carbón, la energía geotérmica, los materiales radiactivos y otros recursos que se han acumulado durante miles de años. La capacidad de los humanos para dominar el fuego fue un logro significativo, ya que el calor y la energía lumínica permitieron avances sociales y económicos sustanciales. Los recursos energéticos y su utilización son cruciales para la historia de la humanidad. El resultado fue que las primeras sociedades de cazadores-recolectores se transformaron en sociedades agrícolas sedentarias, seguidas por sociedades recientemente industrializadas. Este proceso aún está en curso y ha provocado cambios en nuestra vida diaria.

En muchas latitudes, la energía solar es la fuente de energía más abundante (máxima disponibilidad en los trópicos y mínima disponibilidad en las regiones polares). La energía que se disipa puede alcanzar hasta los mil vatios por metro cuadrado de superficie, fluctuando según la estación. Puede almacenarse y convertirse en calor y electricidad, y utilizarse para crear efectos en materiales con propiedades ópticas y eléctricas. Alternativamente, la energía solar térmica es el calor generado a partir de la energía del sol. Los enfriadores de absorción pueden utilizar esta energía para enfriar una habitación usando calor en lugar de electricidad para crear refrigerante y acondicionar el aire del interior. Esta energía solar calienta directamente el refrigerante del sol. Esta energía se acumula y se transmite a otros fluidos de trabajo utilizados en los puntos de consumo. La energía solar puede ayudarnos a reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles y la electricidad.

La verdad es que la vida en nuestro planeta no se puede entender sin influencias externas. La Tierra es solo un pequeño mundo que orbita alrededor de una estrella que, aunque muy común en el vasto universo, es fundamental para nuestra existencia. Y casi toda la energía que tenemos proviene del sol. Es responsable de la creación de corrientes de aire, de la evaporación del agua superficial, de la formación de nubes, de la lluvia… y, con ello, de otras formas de energía renovable como el viento y las olas. O la biomasa. Su calor y luz son la base de muchas reacciones químicas necesarias para el crecimiento de plantas y animales y, en última instancia, para la existencia de vida en la Tierra. Por tanto, el Sol es la principal fuente de energía para todos los procesos que tienen lugar en nuestro planeta. Se encuentra a una distancia media de 150 millones de kilómetros, tiene un radio 109 veces el de la Tierra y está formado por gases a temperaturas muy altas. En su núcleo se producen continuamente reacciones de fusión nuclear que convierten el hidrógeno en helio. Este proceso libera grandes cantidades de energía que llegan a la superficie visible del Sol (fotosfera) y escapan en forma de rayos solares al espacio. Se estima que cada segundo se queman alrededor de 700 millones de toneladas de hidrógeno en el interior del Sol, de las cuales 4.3 millones de toneladas se convierten en energía. Una parte importante de esta energía es irradiada por los rayos del sol hacia el resto de los planetas, lunas, asteroides y cometas que forman nuestro sistema solar. Si tomamos en cuenta las predicciones actuales de que el Sol consumirá solo el diez por ciento de su hidrógeno en los próximos 6 mil millones de años, podemos estar seguros de que tenemos energía gratuita que todos podríamos permitirnos (que todos los países pueden tener). Cualquiera que quiera utilizar energía solar debe responder primero a la pregunta de cuánta energía llegará al lugar donde planea recolectar energía solar; es decir, cuánta radiación solar se recibirá por unidad. Para ello, primero debemos entender qué es la radiación solar, cómo se comporta y cuánta energía se puede captar en nuestra región del mundo. Primero, debemos considerar que la luz es una forma de energía que se utiliza para desplazarse de un lugar a otro.

En el caso del Sol, los rayos atraviesan el espacio en forma de energía de ondas electromagnéticas. Este fenómeno físico, conocido popularmente como radiación solar, hace que nuestro planeta reciba constantemente aproximadamente 1.367 W/m2 de energía. Esta cantidad, llamada constante solar, equivaldrá a 20 veces la energía almacenada en todas las reservas de combustibles fósiles (petróleo, carbón) del mundo en un año. Sin embargo, no toda la radiación que llega a la Tierra atraviesa las capas exteriores de la atmósfera. Debido al proceso que siguen los rayos del sol al entrar en contacto con diferentes gases formados en la atmósfera, un tercio de la energía solar reflejada desde la Tierra regresa al espacio, mientras que los dos tercios restantes ingresan a la Tierra, a la superficie de la Tierra. Esto se debe a la proporción de vapor de agua, metano, ozono y dióxido de carbono (CO2) que actúa como medida protectora. Una capa de protección previene, entre otras cosas, los cambios de temperatura en la superficie terrestre y garantiza que el agua permanezca estable durante miles de años. Para la pérdida de energía por retroalimentación que ocurre en la atmósfera superior, debemos tener en cuenta otros cambios que afectan a la radiación solar que llega a parte de la Tierra.

Se puede comprobar que no todos los lugares reciben la misma energía. Por lo tanto, mientras los polos reciben menor radiación, los trópicos reciben la mayor radiación del sol. Esto se explica por la inclinación de la Tierra con respecto al Sol (23.5°). Si bien los rayos del sol son perpendiculares a la superficie en la que inciden, su intensidad varía dependiendo del ángulo de incidencia (como, por ejemplo, los polos). Esta es la razón por la que la irradiancia máxima del Sol no se produce en el ecuador, sino en latitudes por encima y por debajo del trópico de Cáncer y el trópico de Capricornio. Esta es la región donde los rayos del sol brillan más y viajan a través del aire para llegar a su destino. La energía solar que llega a la tierra es responsable de los procesos naturales: ciclo del agua, fotosíntesis, viento, flujo de agua, etc. Por otro lado, gracias a la creatividad humana, esta energía se puede utilizar para calentar líquidos, cocinar alimentos, crear estudios, secar alimentos, generar electricidad, calor, aire acondicionado solar, etc. Se utiliza para mejorar la vida de las personas y está considerada la energía más renovable del mundo, aunque esta energía tiene muchos usos.

La energía solar es una excelente opción para alimentar millones de hogares porque puede reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles y reducir las emisiones de carbono que causan el cambio climático. La radiación solar es la energía eléctrica recibida del sol que asegura la continuación de la vida en la Tierra. Algunas de estas fuerzas son responsables del clima y otras son responsables de la mayoría de los procesos biológicos conocidos.

Esta energía es abundante y puede utilizarse para satisfacer las necesidades energéticas de las personas. La energía solar se entiende como energía superficial en forma de radiación térmica del Sol a la Tierra y puede utilizarse para todos los procesos energéticos. A diferencia de otras fuentes de energía renovables, la energía solar se puede predecir en términos de su capacidad para ponerse en marcha en función del sistema astronómico llamado Sol-Tierra, mucho de lo cual se explicará más adelante. La cantidad de radiación solar presente en una región también depende del comportamiento de la radiación que ingresa y atraviesa la atmósfera terrestre; muchos eventos ocurren en el camino que siguen los rayos del sol antes de llegar a la superficie terrestre.

La presencia de humedad y vapor de agua, aerosoles, humo, polvo, neblina y nubes determina la transparencia atmosférica y, por tanto, la energía solar disponible. Hay muchas formas de estimar la cantidad de radiación solar que recibe una zona; los métodos más comunes son: medir la ubicación y estimar mediante imágenes de satélite. Los equipos que miden la radiación solar han sido evaluados a nivel mundial, por lo que existe mucho consenso sobre los datos de diferentes partes del mundo. Por otro lado, dado que las estimaciones satelitales han mejorado en los últimos años, sus predicciones se acercan más a las mediciones terrestres.

Este libro explica la importancia de la producción de energía solar térmica, incluyendo las ventajas de los sistemas solares térmicos sobre los sistemas convencionales, la energía fotovoltaica, análisis comparativos de equipos eléctricos similares y diferentes plantas eléctricas y solares. Recopila la información reciente sobre la energía solar y la energía solar térmica para satisfacer las necesidades de energía limpia y será útil para profesores, estudiantes de posgrado y estudiantes universitarios que aprovechen los avances tecnológicos.

Comienza con una explicación de los fundamentos de la energía y la transformación de la misma, sus unidades, los diferentes tipos de energía… Aborda también los principios de la termodinámica, la transferencia de calor y la energía solar. Los aspectos esenciales de los dispositivos solares térmicos, junto con su modelado térmico, se tratan de manera muy coherente en los capítulos 3, 4 y 5. En los capítulos del 6 al 9 hay información valiosa para la aplicación de la energía solar en la industria, el comercio, los servicios y la vivienda. Los capítulos 10 y 11 abordan temas relacionados con la optimización y mantenimiento de los sistemas. En los capítulos del 12 al 15, se presenta información valiosa sobre los desafíos presentes y futuros para el aprovechamiento de este recurso, la normatividad que se debe cumplir, etc. El capítulo 16 contempla dos aspectos esenciales: el impacto económico y el ambiental en el uso de las energías limpias. De acuerdo al protocolo de Montreal de 1997, los gobiernos acordaron eliminar gradualmente los productos químicos utilizados como refrigerantes que tienen el potencial de destruir el ozono estratosférico. Por lo tanto, se consideró deseable reducir el consumo de energía y disminuir la tasa de agotamiento de las reservas mundiales de energía y la contaminación del medio ambiente. Promover aplicaciones renovables innovadoras y reforzar el mercado de energías renovables contribuirá a la preservación del ecosistema al reducir las emisiones a nivel local y global. Esto también contribuirá a mejorar las condiciones ambientales al sustituir los combustibles convencionales por energías renovables que no produzcan contaminación del aire ni gases de efecto invernadero

La energía solar térmica se puede utilizar a bajas temperaturas, en la agricultura, en la industria de la transformación y en los hogares, ya que puede generar climatización ambiental acorde al entorno. Una gran cantidad de las nuevas instalaciones están ligadas al cumplimiento de códigos y normas técnicas, lo cual establece la necesidad de utilizar energía solar térmica para satisfacer una parte significativa de la demanda de agua caliente en las construcciones recientes.

Este texto representa un importante aporte al conocimiento que se tiene para el aprovechamiento del sol como fuente de energía, y es la energía más rentable que existe en estos momentos. Utilizar la energía solar con el propósito de obtener energía térmica nos ha llevado a nuevos avances en una industria que contribuye a la conservación del medio ambiente a nivel global. Todo su contenido será de gran utilidad para todas aquellas personas que estén involucradas en la implementación, desarrollo y operación de proyectos productivos basados en la disponibilidad del recurso solar del sitio de instalación.

Reconocemos en David Pérez Granados a un visionario que inicia su historia como investigador y científico, y que sustentado en el entusiasmo de hacer ciencia, en la honestidad, en la integridad académica y en el respeto a la diversidad y a las personas, sigue cultivando un interés por aportar nuevos conocimientos y beneficios académicos. Se ha comprometido con la tarea de brindar un legado, pues este libro es su segunda obra, en la que se ha enfocado en desarrollar el tema de las energías alternativas. David es un joven inquieto que se sigue preparando y que tiene deseos, anhelos y ganas de aportar al desarrollo académico de su alma mater y de México.

La tarea que ha enfrentado David Pérez Granados es la de explicar de manera exhaustiva todos los conceptos utilizados a lo largo del texto, que incluyen un cúmulo interesante de información sobre el tema de las energías limpias y renovables, explicado de una manera sencilla y asimilable. Los términos técnicos pueden resultar complicados, pero a lo largo de todo el libro se ha utilizado un lenguaje sencillo para que los conceptos sean entendidos.

La obra resultará de gran utilidad para la comunidad académica, para profesionales, docentes y estudiantes que deseen adquirir o reforzar los conocimientos en estas áreas y compartan el entusiasmo e interés del autor por ellas. Entonces, se cumplirá con el objetivo.

Dr. Marco Antonio Zamora Antuñano

Director Nacional del Centro de Investigación, Innovación y

Desarrollo Tecnológico de la Universidad del Valle de México

(CIIDETEC-UVM)

Agradecimientos

Me siento muy feliz y orgulloso de haber terminado de escribir mi segundo libro. En esta ocasión el tema principal es la energía solar térmica y sus fundamentos, tecnologías y aplicaciones. Este libro es el resultado de años de estudio, investigación y trabajo apasionante y relevante para el desarrollo sostenible y las energías limpias.

Quiero expresar mi profundo agradecimiento a todas las personas e instituciones que me han apoyado y acompañado en este proyecto.

En primer lugar, a todo el equipo editorial de Marcombo, por su confianza, profesionalismo y colaboración incansable a lo largo de todo el proceso de publicación. Su compromiso y dedicación han sido fundamentales para la materialización de este proyecto.

Al Dr. Marco Zamora, director nacional del CIIDETEC (Centro de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico), le agradezco sinceramente su valiosa colaboración en la redacción del prólogo. Su experiencia ha agregado un componente invaluable a esta obra.

A la Dra. Leticia Rodríguez Segura, directora institucional de Innovación e Investigación Educativa en la Vicerrectoría de Innovación, Investigación e Incubadoras, le dedico mi profundo agradecimiento. Su orientación y motivación han sido pilares fundamentales en mi vida académica, guiándome hacia el éxito y el crecimiento constante.

Y, por último, pero no menos importante, a mi familia (padres y hermanos), cuyo apoyo ha sido inquebrantable, les doy las gracias desde lo más profundo de mi corazón. Sus aportaciones y comentarios han enriquecido esta obra de maneras inimaginables. En particular, quiero expresar mi gratitud a mi hijo Gabriel Isaac. Gracias por tu infinita paciencia, por esos intensos momentos de escritura y por brindarme las energías necesarias para perseverar cada día y ser un mejor investigador y autor.

Cada uno de ustedes ha dejado una marca indeleble en este proyecto, y su contribución es de gran valor. Este libro no habría sido posible sin su apoyo y dedicación.

A todos, mi más sincero agradecimiento.

CAPÍTULO 1

Introducción a la energía solar térmica

1.1. ¿Qué es la energía?

La energía, una fuerza vital en el universo, es la capacidad de un sistema físico para realizar un trabajo o inducir cambios en el estado o movimiento de otros cuerpos. Se manifiesta de diversas maneras, como el calor, la luz, la electricidad, el sonido y el movimiento. Una de las leyes fundamentales que rige la energía es el principio de conservación, que establece que la cantidad total de energía en el universo permanece constante, pudiendo transformarse de una forma a otra, pero sin ser creada ni destruida.

1.1.1. Clasificación de la energía según origen y uso

Desde una perspectiva de origen, la energía se divide en dos categorías principales: energía renovable y energía no renovable. La energía renovable proviene de fuentes naturales inagotables o de recursos que se regeneran más rápido de lo que se consumen, como la energía solar, la eólica, la hidráulica, la geotérmica y la biomasa. Por otro lado, la energía no renovable se origina en fuentes naturales limitadas o que se agotan más rápido de lo que se renuevan, incluyendo los combustibles fósiles (petróleo, gas natural o carbón) y la energía nuclear.

En cuanto a su uso, la energía se clasifica en varios tipos, como la energía mecánica, térmica, eléctrica, química y radiante. La energía mecánica está asociada al movimiento y la posición de un objeto. La energía térmica se transfiere entre cuerpos con diferentes temperaturas. La energía eléctrica se produce por el movimiento de cargas eléctricas. La energía química se almacena en los enlaces moleculares y se libera durante reacciones químicas. Finalmente, la energía radiante se propaga en forma de ondas electromagnéticas, incluyendo luz y calor.

1.1.2. Unidades de medida y relación entre energía y trabajo

La energía solar térmica, también conocida como energía termosolar, se puede definir como el calor generado por la radiación solar, que es el aprovechamiento de la energía procedente del Sol para transferirla a un medio portador de calor.

La energía solar térmica se utiliza en diversas aplicaciones y servicios, como la producción de vapor, los sistemas de calefacción, los sistemas de refrigeración y la generación de electricidad.

La relación entre energía y trabajo se puede expresar mediante la ecuación 1.1:

donde:

• W es el trabajo realizado.

• F(t) es la fuerza aplicada en el tiempo t.

• t1 y t2 son los límites de integración en el tiempo.

En el caso de la energía solar térmica, el trabajo realizado por el sistema solar es el calor transferido al fluido de trabajo, lo que permite elevar los niveles de temperatura y utilizar el calor en diversas aplicaciones.

Por otro lado, las unidades de medida de energía son importantes para entender la cantidad de energía disponible en un sistema. Algunas unidades de medida comunes en el contexto de la energía solar térmica son las siguientes:

• Joule (J): Unidad de energía en el Sistema Internacional de Unidades (SI)

• Kilowatts hora (kWh): Unidad de energía utilizada en el sector eléctrico

• Btu (British Thermal Units): Unidad de energía utilizada en el sector de la energía térmica

1.1.3. Transformación de energía en ejemplos cotidianos

Un ejemplo común de transformación de energía es el funcionamiento de una bombilla eléctrica. La bombilla convierte la energía eléctrica que recibe del enchufe en energía térmica y radiante. La energía térmica se disipa como calor en el ambiente, mientras que la energía radiante se emite en forma de luz visible e infrarroja.

La energía es un concepto fundamental en la física y las ciencias naturales, que se define como la capacidad de un sistema para realizar un trabajo o inducir cambios en su entorno. Esta definición simple abarca una amplia gama de fenómenos físicos y químicos, desde el movimiento de los planetas hasta las reacciones químicas que ocurren en nuestras células.

En el contexto de la energía solar térmica, la radiación electromagnética del sol se transforma en energía térmica que puede usarse para diversas aplicaciones, como calentar agua o generar electricidad. La versatilidad de la energía y su capacidad para convertirse de una forma a otra hacen de este concepto uno de los pilares fundamentales de la física moderna.

Nota clave: La energía eléctrica es una fuente secundaria, debido a que es necesario transformar fuentes primarias (como el petróleo, el gas natural o el carbón) o renovables (sol, agua, viento, etc.) para crearla.

1.2. Energías no renovables

Figura 1.1 Central eléctrica de carbón.

Las energías no renovables, provenientes de recursos limitados en la Tierra, se enfrentan a un agotamiento inevitable debido a su consumo incesante. Este grupo incluye los combustibles fósiles como el petróleo, el carbón, y el gas natural, junto con la energía nuclear. Aunque estas fuentes han sido esenciales para el progreso industrial y tecnológico, su uso conlleva serias implicaciones tanto económicas como ambientales.

1.3. Energías renovables

Figura 1.2 Representación de las energías renovables.

Las energías renovables, una alternativa vital en nuestro viaje hacia la sostenibilidad energética, provienen de fuentes naturales inagotables. Estas fuentes se distinguen por su capacidad para regenerarse o por la vastedad de energía que contienen. Algunas de las energías renovables más reconocidas y prometedoras incluyen la solar, la eólica, la hidroeléctrica, la geotérmica, la de biomasa y la proveniente de los océanos.

1.4. El sol como motor fundamental de la energía terrestre

El Sol, como estrella más cercana a la Tierra, desempeña un papel fundamental en la generación de energía en nuestro planeta. Su radiación es la principal fuente de energía renovable y sostenible que impulsa diversos procesos naturales y tecnológicos. La energía solar térmica es una forma de aprovechar la radiación solar para generar calor. Se basa en convertir la energía radiante del sol en energía térmica utilizable, que puede usarse para calentar agua, aire o generar electricidad.

1.5. Energía solar

Figura 1.3 Representación de la energía solar.

La energía solar es la energía obtenida a partir de la radiación electromagnética procedente del Sol. El Sol emite una enorme cantidad de energía cada segundo, que se propaga por el espacio en forma de ondas. Algunas de estas ondas llegan a la Tierra y son captadas por diferentes dispositivos que las transforman en otras formas de energía más útiles para el ser humano, como la electricidad o el calor.

La energía solar se clasifica en dos tipos principales según el modo de aprovechamiento de la radiación solar: la energía solar fotovoltaica y la energía solar térmica. La primera consiste en convertir directamente la luz solar en electricidad mediante unas células especiales llamadas fotovoltaicas. La segunda consiste en utilizar el calor de la radiación solar para calentar un fluido que luego se emplea para producir electricidad, agua caliente o calefacción.

Nota clave: El sol es una fuente inagotable de energía; impulsa energías como la solar fotovoltaica y la térmica para un futuro sostenible y limpio.

La radiación solar, proveniente del Sol, es esencial para la vida en la Tierra y desempeña un papel fundamental en los procesos biológicos y en la formación del clima terrestre. Esta radiación se desglosa en tres componentes principales:

Figura 1.4 Tecnologías de la energía solar.

La energía solar tiene varias ventajas frente a otras fuentes de energía, como la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, la independencia energética de los países, el bajo costo de mantenimiento y la posibilidad de generar energía en lugares remotos o aislados. También presenta inconvenientes, como la variabilidad e intermitencia de la radiación solar, la necesidad de grandes extensiones de terreno para instalar los paneles o colectores solares y el impacto ambiental que pueden causar ciertos materiales utilizados en su fabricación.

Nota clave: La radiación solar es la fuente primaria de casi todas las formas de energía renovable, como la eólica, la hidráulica o la biomasa.

Tipo de energía solar

Tecnología

Finalidad

Energía solar fotovoltaica

Células fotovoltaicas de silicio cristalino y fósforo

Transforma la radiación solar en electricidad a través del efecto fotovoltaico.

Energía solar térmica

Colectores solares, sistemas de tubos de vacío

Suministro de agua caliente, calefacción en hogares, refrigeración mediante sistemas de absorción de calor.

Energía solar pasiva

Diseño arquitectónico, materiales térmicos adecuados

Aprovecha la radiación solar sin requerir dispositivos mecánicos o eléctricos, utilizando principios de diseño arquitectónico para maximizar la captación de calor en edificaciones.

Tabla 1.1 Tipos de energía solar.

1.6. Tipos de conversión solar térmica

La energía solar es una forma de energía renovable que se obtiene a partir de la radiación electromagnética que emite el Sol. La energía solar se puede aprovechar de dos maneras: de forma pasiva o de forma activa.

La energía solar pasiva consiste en utilizar la luz y el calor del Sol sin necesidad de dispositivos o sistemas mecánicos. Por ejemplo, la orientación de una vivienda, el uso de materiales que absorben o reflejan la radiación solar o el diseño de espacios que permitan la ventilación natural son formas de aprovechar la energía solar pasiva.

La energía solar activa implica el uso de dispositivos o sistemas mecánicos que captan, transforman y almacenan la energía solar para su posterior uso. Estos dispositivos pueden ser de dos tipos: fotovoltaicos o térmicos. Los dispositivos fotovoltaicos convierten la luz solar en electricidad mediante el efecto fotoeléctrico. Los dispositivos térmicos aprovechan el calor del Sol para calentar un fluido, que puede ser agua, aire o un líquido especial. Este fluido puede usarse directamente para calefacción, agua caliente o procesos industriales, o puede transferir su calor a un motor que genere electricidad.

Figura 1.5 Tipos de conversión solar.

Tipo de energía solar térmica

Descripción

Energía solar térmica activa

Los sistemas activos utilizan dispositivos mecánicos o eléctricos, como bombas, ventiladores y colectores solares, para captar y distribuir el calor solar eficientemente. Se dividen en tres categorías según la concentración de radiación solar y el uso previsto del calor: baja (calefacción de agua y espacios), media (procesos industriales y refrigeración) y alta (generación de electricidad mediante turbinas de vapor o motores Stirling).

Energía solar térmica pasiva

Los sistemas pasivos prescinden de dispositivos auxiliares y confían en principios naturales como la convección o el almacenamiento térmico. A pesar de ser más simples y duraderos, son menos eficientes y controlables. Un ejemplo es el calentador solar de agua por termosifón, donde un colector solar y un tanque de almacenamiento se conectan a través de tuberías, permitiendo que el agua se caliente y ascienda por convección hacia el tanque para su uso posterior.

Tabla 1.2 Descripción de diversas formas de energía solar térmica.

1.6.1. Energía solar pasiva

Los sistemas pasivos prescinden de dispositivos auxiliares, pues confían en principios naturales como la convección o el almacenamiento térmico. Estos sistemas, aunque más simples y duraderos, tienden a ser menos eficientes y controlables.

Figura 1.6 Aplicación de la energía solar pasiva usando ventanales.

Un ejemplo destacado es el uso de ventanas orientadas al sur (en el hemisferio norte) o al norte (en el hemisferio sur). Estas ventanas permiten que la luz solar entre en el edificio durante el invierno, proporcionando luz natural y calor como se muestra en la Figura 1.6. Durante el verano, las mismas ventanas pueden estar sombreadas para evitar el sobrecalentamiento. Este es un ejemplo de cómo el diseño arquitectónico puede aprovechar la posición del sol durante diferentes épocas del año para maximizar la eficiencia energética.

Nota clave: Aunque los sistemas de energía solar térmica activa y pasiva son eficientes, ninguno puede cubrir el 100% del consumo de energía de una vivienda.

Figura 1.7 Refrigeración solar activa.

Figura 1.8 Refrigeración solar pasiva.

1.6.2. Innovaciones pasivas en la arquitectura

Figura 1.9 Casa que aprovecha la energía solar pasiva.

La arquitectura sostenible también se beneficia de enfoques pasivos, en los que el diseño del edificio y los materiales se combinan para aprovechar el calor solar sin intervención mecánica.

El muro Trombe, por ejemplo, es una técnica de construcción inteligente que utiliza la capacidad de almacenamiento térmico de materiales como la piedra o el adobe. Orientado hacia el sol, el muro absorbe radiación solar durante el día y libera gradualmente el calor durante la noche, proporcionando así una fuente de calor natural para los espacios interiores.

Nota clave: La energía solar pasiva en la arquitectura es una estrategia de diseño que aprovecha la energía del sol para calentar y enfriar los edificios de manera natural.

Figura 1.10 Representación del muro Trombe.

1.6.3. Energía solar térmica activa

Los sistemas activos son aquellos que emplean dispositivos mecánicos o eléctricos para captar y distribuir el calor solar de manera eficiente. Estos dispositivos, como bombas, ventiladores y colectores solares, trabajan en conjunto para maximizar la eficacia del proceso. Dependiendo de la concentración de radiación solar y del uso previsto del calor, estos sistemas se dividen en tres categorías: baja, media y alta temperatura.

Figura 1.11 Representación de la energía solar activa.

Los sistemas de baja temperatura encuentran su utilidad en la calefacción de agua sanitaria o espacios interiores, pues aprovechan la energía solar para proporcionar confort térmico. Por otro lado, los sistemas de media temperatura se aplican en procesos industriales y de refrigeración por absorción, y ofrecen soluciones sostenibles en diversas industrias. Finalmente, los sistemas de alta temperatura se especializan en la generación de electricidad mediante turbinas de vapor o motores Stirling, brindando así una fuente renovable para la producción de energía eléctrica.

Figura 1.12 Diferencias entre energía solar térmica y energía solar fotovoltaica.

1.6.4. Energía solar fotovoltaica

Figura 1.13 Granja de energía solar fotovoltaica.

La energía solar fotovoltaica es una fuente de energía renovable y limpia que utiliza la radiación solar para producir electricidad. Se basa en el efecto fotoeléctrico, por el que determinados materiales pueden absorber fotones (partículas lumínicas) y liberar electrones, generando así una corriente eléctrica. Para ello, se emplea un dispositivo semiconductor denominado celda o célula fotovoltaica, que puede ser de silicio monocristalino, policristalino o amorfo, o bien de otros materiales semiconductores de capa fina.

Las células fotovoltaicas se agrupan en módulos o paneles solares, que a su vez se conectan entre sí para formar un sistema fotovoltaico. Estos sistemas pueden ser de dos tipos: conectados a la red eléctrica o aislados de ella. Los primeros vierten la electricidad producida a la red, mientras que los segundos la almacenan en baterías para su posterior uso. Los sistemas fotovoltaicos pueden instalarse tanto en edificios como en plantas solares de gran escala.

La energía solar fotovoltaica presenta numerosas ventajas frente a otras fuentes de energía convencionales, como su carácter inagotable, su bajo impacto ambiental, su reducido mantenimiento, su modularidad y su versatilidad. Sin embargo, también tiene algunos inconvenientes, como su elevado coste inicial, su dependencia de las condiciones climáticas, su variabilidad diurna y estacional y su baja eficiencia de conversión.

1.6.5. Energía solar térmica

Figura 1.14 Calentador solar.

La energía solar térmica se obtiene mediante colectores solares, dispositivos diseñados para captar la radiación solar y transferir el calor a un fluido (agua o fluido térmico) que luego puede usarse para diversos fines.

Los colectores solares pueden ser de diferentes tipos, pero los más comunes son los colectores solares planos y los colectores solares de tubos de vacío. Los colectores solares planos consisten en una placa absorbente que está expuesta a la radiación solar y un sistema de tuberías por donde circula el fluido que se calienta. Los colectores solares de tubos de vacío están compuestos por tubos de vidrio con un fluido térmico y diseñados para maximizar la captación de radiación solar.

Figura 1.15 Representación básica del funcionamiento de la energía solar térmica.

El principio básico de funcionamiento de los colectores solares es la absorción de la radiación solar por parte de la superficie absorbente, recubierta con un material selectivo con alta capacidad de absorción y baja capacidad de emisión de calor. Esta radiación absorbida se convierte en calor, que luego se transfiere al fluido que circula por el colector.

Es importante destacar que la energía solar térmica es una forma de energía renovable y limpia, ya que no produce emisiones de gases de efecto invernadero ni contamina el medio ambiente durante su operación. Además, es una fuente de energía inagotable, ya que el sol es una fuente de energía abundante y disponible de forma constante.

Nota clave: La energía solar se puede aprovechar de dos maneras, mediante la energía solar fotovoltaica y mediante la energía solar térmica.

La energía solar térmica tiene diversas aplicaciones, como la producción de agua caliente sanitaria, la calefacción de espacios, la climatización de piscinas y procesos industriales, entre otros. Una de las aplicaciones más comunes de la energía solar térmica es la producción de agua caliente sanitaria. En muchos hogares y edificios, el calentamiento del agua para uso doméstico representa una parte significativa del consumo energético. Mediante el uso de colectores solares térmicos, se puede aprovechar la radiación solar para calentar el agua de forma eficiente y sostenible.

En la calefacción de espacios, la energía solar térmica puede usarse para calentar el aire o el agua que circula por sistemas de calefacción. Esto puede ser especialmente beneficioso en regiones con climas fríos, donde la demanda de calefacción es alta. Los sistemas de calefacción solar pueden reducir la dependencia de combustibles fósiles y contribuir a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero.

La climatización de piscinas es otra aplicación popular de la energía solar térmica. Las piscinas requieren de un calentamiento constante del agua para mantener una temperatura agradable para los bañistas. Los colectores solares térmicos pueden captar la radiación solar y transferir el calor al agua de la piscina, permitiendo así un calentamiento eficiente y económico.

Además de estas aplicaciones, la energía solar térmica también puede ser utilizada en procesos industriales. Por ejemplo, en la industria alimentaria, se puede utilizar la energía solar térmica para calentar agua o vapor para procesos de lavado, limpieza o cocción de alimentos. En la industria química, la energía solar térmica puede ser utilizada para calentar reactores o secar productos químicos. Estos son solo algunos ejemplos de las muchas aplicaciones industriales de la energía solar térmica.

Es importante destacar que la energía solar térmica no solo ofrece beneficios ambientales, sino también económicos. A medida que la tecnología se ha desarrollado y los costes han disminuido, la energía solar térmica se ha vuelto cada vez más competitiva en comparación con otras fuentes de energía convencionales. Además, el uso de energía solar térmica puede generar ahorros significativos en los costes de energía a largo plazo. Aunque la inversión inicial puede ser mayor que la de otras fuentes de energía convencionales, los costes de operación y mantenimiento de los sistemas solares térmicos son generalmente más bajos. Esto se debe a que la radiación solar es gratuita y abundante, lo que reduce la dependencia de combustibles fósiles y los costes asociados a su adquisición y transporte.

Además, la energía solar térmica puede ayudar a reducir la dependencia energética de los países, ya que el sol es una fuente de energía local y disponible en todo el mundo. Esto puede tener un impacto positivo en la seguridad energética y en la economía de los países, al reducir la necesidad de importar combustibles fósiles.

Nota clave: La eficiencia de un sistema solar térmico se define como la relación entre la energía útil obtenida y la energía solar incidente sobre el colector.

1.7. Ventajas y aplicaciones de la energía solar térmica

La energía solar térmica, como una de las principales fuentes de energía renovable, ofrece ventajas significativas que la hacen atractiva para su implementación en varias aplicaciones. En primer lugar, la energía solar térmica es una fuente de energía inagotable y gratuita una vez instalada la infraestructura necesaria para su captación y utilización. A diferencia de los combustibles fósiles, la energía solar no se agota con su uso y no está sujeta a fluctuaciones de precios o a problemas de suministro. Además, la energía solar térmica no produce emisiones de gases de efecto invernadero ni otros contaminantes atmosféricos durante su operación, lo que contribuye a la mitigación del cambio climático y a la mejora de la calidad del aire.