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Historia de la energía solar térmica

Al contrario que con la energía solar fotovoltaica, es difícil precisar el momento en que el ser humano empezó a aprovechar para su beneficio la energía solar térmica. El calor del sol ha sido un elemento muy cotidiano desde siempre y habitualmente empleado por el hombre desde la prehistoria. Acciones tan sencillas como secar la ropa al sol o simplemente calentarse exponiéndose a los rayos solares son actividades que ya implican un aprovechamiento solar térmico.

Probablemente también desde tiempos muy tempranos se dispusieron vegetales (hortalizas, frutas, cereales, flores, hojas) bajo los ardientes rayos solares con el fin de que se deshidratasen. Este acto permitía una mejorar la conservación de estos alimentos, además de reducir su peso, con lo que se facilitaba su transporte.

Desde la Edad Antigua al Renacimiento

Ya desde la antigüedad se inventaron artefactos capaces de hacer un uso útil de la radiación solar. Quizá unos de los primeros sistemas de aprovechamiento solar térmico de que se tiene información fueron los empleados para producir fuego por medio de la concentración solar.

Así griegos y romanos ya en el siglo III a.C. eran capaces de prender las antorchas de los rituales religiosos por medio de unos recipientes en forma parabólica con el interior reflejante (llamados Skaphia en griego). El funcionamiento de este artefacto era sencillo. Bastaba con exponerlo los días soleados para que la radiación se concentrara en su foco alcanzando altas temperaturas. En el momento en el que se ponía una antorcha en el foco esta prendía en pocos segundos. En una época en la que se estaba lejos de entender la naturaleza de la radiación solar, la generación de fuego de esta forma era considerado un prodigio digno de los dioses.

Un gran hito histórico de la antigüedad relacionado con un uso militar de la concentración solar, la protagonizó Arquímedes durante el sitio de Siracusa por lo romanos entre los años 213-211 a.C. Se cuenta que el sabio griego empleo “el rayo de calor” para destruir las naves romanas que atacaban la ciudad. Este rayo de calor consistía en una serie de espejos dispuestos en las murallas de la ciudad con los cuales, una vez orientados de forma adecuada, se concentraba el calor del sol en las galeras romanas enemigas. Esta concentración de la radiación solar provoco que las naves romanas se incendiaran en pocos segundos y quedasen destruidas.

Leonardo da Vinci, el gran hombre del renacimiento, también mostró su interés en la capacidad calorífica del sol. Muy probablemente era conocedor de los modelos de concentradores usados en la antigüedad y se basó en ellos. Así en el año 1515 inició un gran proyecto para la producción de vapor y de calor industrial con el calor del sol. El invento, que no llegó a materializarse, consistía en la construcción con espejos cóncavos de un gran concentrador de 6 km. de diámetro.

Segunda mitad del S XVIII y S XIX

Un hecho fundamental en la historia de la energía solar térmica la protagonizó en naturalista Suizo Horace de Saussure en 1767 cuando inventó lo que él denomino “caja caliente”. Saussure era conocedor del efecto invernadero que se produce en todo espacio cerrado que cuenta con una apertura acristalada por donde entra la radiación solar y decidió potenciar al máximo el efecto para comprobar hasta qué temperaturas se lograban alcanzar. Para ello dispuso una caja acristalada con el interior pintado de negro. Todas las caras, excepto la acristalada, contaban con una capa de aislante que retenía el calor producido en su interior. De esta forma logró alcanzar temperaturas de hasta 109 ºC.

Horacio de Saussure había inventado el colector solar que tendrá una determinante repercusión en el desarrollo de la energía solar térmica de baja temperatura. A partir de su invento surgirán todos los desarrollos posteriores de calentadores solares de agua de placa plana que han proporcionado agua caliente a millones de personas en el mundo.

Sin embargo, este invento no solo supuso el origen con el tiempo de los sistemas de calentamiento de agua y aire a baja temperatura, sino que también dio pie al nacimiento de los hornos solares. En definitiva los hornos solares no son mas que colectores solares o más propiamente dicho “cajas calientes” con muy ligeras adaptaciones para permitir la cocción de alimentos. Así, aunque Saussure ya había cocinado algunas frutas, varias décadas después del invento del naturista suizo, en 1830, Sir John Herschel, reputado astrónomo inglés, fabricó una caja caliente durante su estancia en el Cabo de Buena Esperanza en Sudáfrica. Al observar las altas temperaturas que se alcanzaban en su interior que superaban el punto de ebullición decidió probar a colocar huevos, carne y comida diversa y comprobó que todo quedaba perfectamente cocinado una vez había transcurrido el tiempo necesario.

Por su parte la tecnología de la concentración solar seguía también avanzando en esta época. Así Lavoisier, el gran químico francés, creo en 1792 su “horno solar” consistente en dos potentes lentes que concentraban la radiación solar en un foco y que permitía alcanzar altas temperaturas para poder fundir metales.

En 1874 el inglés Charles Wilson diseño y dirigió una instalación para la destilación de agua marina en el desierto de Atacama (Chile) para la Salitrera Lastenia Salinas. Esta central era capaz de proporcionar un promedio de 22 500 litros de agua diarios y estuvo en funcionamiento hasta el año 1907. Esta instalación contaba con una superficie de captación superior a los 4000 m2. Se trata esta de la primera central conocida de estas características en el mundo.

Otro personaje importante en el desarrollo de la energía solar térmica fue el ingeniero francés Auguste Mouchot con sus modelos de concentradores solares. Ya en 1861 aportó un nuevo modelo de cocina solar. Este consistía en un depósito negro recubierto de vidrio el cual era expuesto al sol. Para concentrar más la radiación solar, un espejo cilindroparabólico reflejaba la radiación solar hacia el lado del cilindro no expuesto al sol. De esta forma en el interior del recipiente negro se alcanzaban altas temperaturas con las que cocinar.

Sin embargo el gran invento de Mouchot llegó más tarde, tras años de investigación con las aplicaciones industriales de la radiación solar: la máquina de vapor alimentada por energía solar. Mouchet no creía que el carbón pudiera sostener en un futuro el vigoroso desarrollo industrial de la época, por ello decidió investigar las aplicaciones industriales de la energía solar, pues comprendía que era más barata y abundante.

La máquina de vapor alimentada por energía solar de Mouchot consistía en un gran receptor parabólico recubierto de espejos que concentraban la radiación del sol en un solo punto. El calor generado activaba un motor de vapor.

Lamentablemente estos exitosos inventos no tuvieron el apoyo debido ni apenas continuidad debido a que la extracción del carbón se perfeccionó y abarató y con ello la energía solar fue abandonada para fines industriales.

A lo largo del siglo XIX, para el calentamiento del agua de baño y como alternativa a los costosos y a veces peligrosos calentadores de gas o carbón, surgió la idea en Estados Unidos de dejar contenedores pintados de negro expuestos al sol para que se calentasen. Sin embargo para obtener agua caliente suficiente se requería de días muy soleados y en cuanto llegaba la noche el agua se enfriaba muy rápidamente.

El siguiente paso en la evolución, y desde el punto de vista comercial la primera patente de un invento para calentar agua mediante la radiación solar de una manera más eficaz, se dio en 1891 cuando Clarence Kemp saco al mercado en Estados Unidos el calentador de agua “Climax”. Este método combinaba el modelo de los tanques expuestos al sol con el principio de la caja caliente. Así se conseguía mas agua caliente, a mayores temperaturas y que se conservara por más tiempo. Este sistema alcanzó una notable expansión en las regiones soleadas de Estados Unidos.

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