El principio del funcionamiento de las plantas centralizadas de calefacción solar con almacenamiento de energía térmica es sencillo: acumulan el exceso de energía solar térmica del verano para utilizarlo en invierno. De este modo se consiguen dos objetivos: ahorro económico, provocado sobre todo por la reducción del gas natural de las calderas, y ahorro ambiental debido a la reducción de gases de efecto invernadero. La implementación requiere colectores solares, tanques para almacenar el agua caliente y una gestión óptima del sistema de calefacción.

Estos métodos, que se utilizan en el Canadá y en algunos países del norte y el centro de Europa, no están implantados en la mayoría de países que tienen más horas de sol. Investigadores del grupo SUSCAPE (Sustainable Computer Aided ProcessEngineering) de la Universidad Rovira i Virgili (URV) han liderado un estudio sobre el funcionamiento de estas plantas en diferentes zonas climáticas para comprobar los beneficios en diferentes condiciones.

Han hecho simulaciones de plantas por varias zonas climáticas: en el sur de Europa (Atenas y Madrid), en el centro (Berlín) y en el norte (Helsinki). Los investigadores han simulado un conjunto de edificios con un total de mil viviendas en estas ciudades y han optimizado la instalación para garantizar el funcionamiento sin necesidad de utilizar gas natural durante buena parte de los meses de demanda de calefacción.

Las placas solares térmicas calientan agua, que se almacena en tanques muy grandes y muy aislados y pueden estar bajo tierra. De este modo el agua caliente se guarda durante meses con pequeñas pérdidas de calor. El calor almacenado se aprovecha hasta febrero o marzo y después se requiere un mínimo apoyo con gas natural. En los sistemas convencionales de energía solar térmica el volumen de agua caliente almacenada por un metro cuadrado de placa es de unos 100 litros mientras que con estas plantas de calefacción solar el volumen por metro cuadrado de placa es de unos 7.000 litros de agua.

Una fracción de aprovechamiento de energía renovable superior al 90%

Con los resultados del trabajo han concluido que la instalación de plantas centralizadas de calefacción solar permite llegar a una fracción de aprovechamiento de energía renovable superior al 90% en todas las zonas climáticas analizadas y la evaluación ambiental muestra una mejora significativa cuando se compara con el sistema clásico de calefacción (con gas natural), puesto que el impacto ambiental relacionado con el efecto invernadero se reduce aproximadamente el 70%.

En los climas más fríos las dimensiones de los equipos y por tanto, la inversión inicial es más grande. Por ejemplo, el área de colectores solares para Madrid es de 7.000 m2 y para Helsinki tendría que ser de más de 30.000 m2. En cuanto al volumen de almacenamiento, seria de 65.000 m3 y 230.000 m3 respectivamente.

Los sistemas de acumulación de energía térmica que hay en algunos hogares normalmente son para utilizar el agua a corto plazo, en las horas siguientes, el día siguiente o una semana más tarde como máximo. También existen en Cataluña 60 instalaciones de calefacción por distritos (como el caso del 22@ en Barcelona), pero no funcionan con energía solar, sino con biomasa u otros tipos de centrales térmicas.

El sistema estudiado es económicamente viable, si evaluamos el coste durante todo el tiempo de operación de cuarenta años, pero requiere una elevada inversión inicial, que solo se justifica con un retorno a largo plazo. Todas las predicciones indican que los precios de la energía proveniente de fuentes fósiles evolucionarán al alza; por lo tanto, estos sistemas serán más competitivos a largo plazo y reducirán significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero.

Esta investigación, publicada en la revista Applied Energy, ha sido liderada por el investigador Dieter Boer, del departamento de Ingeniería Química de la URV, y se ha hecho en colaboración con investigadores de la Universidad de Lérida. Forma parte de un proyecto coordinado por científicos de estas dos universidades y de la Universidad de Barcelona titulado Identificación de barreras y oportunidades sostenibles en los materiales y aplicaciones del almacenamiento de energía térmica, financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad.