Una perspectiva sobre los sistemas de almacenamiento de energía térmica para aplicaciones de energía solar

El uso de sistemas de almacenamiento de energía térmica (TES) es esencial para los sistemas de energía solar debido a las fluctuaciones en la entrada de energía solar. Pueden requerirse varias clases de almacenamiento para una sola instalación, dependiendo del tipo y la escala de la planta de energía solar en sí, y la naturaleza de su integración con sistemas convencionales de utilidad. Para aplicaciones de calefacción y agua caliente, el agua y los materiales de cambio de fase (PCM) constituyen los medios de almacenamiento principal. También se utilizan suelo, roca y otros sólidos. El agua tiene la ventaja de un volumen aproximadamente 80% menor que el de agua para una variación de temperatura de 10°C, que es la diferencia entre las temperaturas de un tanque de almacenamiento completamente cargado y completamente descargado. Algunos PCM son viscosos y corrosivos, y deben segregarse dentro del contenedor para ser utilizados como medio de transferencia de calor. Para el almacenamiento de calor, deben estar disponibles dos PCM, a menos que se emplee bombeo de calor. También se utiliza una variedad de sólidos; partículas de roca de 20 a 50 mm de tamaño son las más prevalentes. Los lechos de roca empaquetados bien diseñados tienen varias características deseables para el almacenamiento de energía. El coeficiente de transferencia de calor entre el aire y el sólido es alto, el costo del material de almacenamiento es bajo, la conductividad del lecho es baja cuando no hay flujo de aire y se puede lograr una gran área de transferencia de calor a bajo costo al reducir el tamaño de las partículas. También se han sugerido sistemas TES para almacenar energía térmica a temperaturas medias (38–304°C) y altas (120–566°C). Por ejemplo, los sistemas en un sistema de roca-aceite para aplicaciones de agua caliente y recuperación de calor son ejemplos de aplicaciones de temperatura media, mientras que aquellos en sistemas de sal fundida de nitrato (un excelente medio de almacenamiento) para la producción de vapor para aplicaciones de proceso son para altas temperaturas. El TES de roca-aceite, en el que la energía se almacena en una mezcla de aceite y roca en un tanque, es menos costoso que el TES de sal de nitrato fundido, pero está limitado a aplicaciones de baja temperatura. Sin embargo, este TES de roca-aceite ha demostrado ser exitoso para aplicaciones solares térmicas. La selección del tipo de TES depende de varios factores como el período de almacenamiento (diurno o estacional), viabilidad económica, condiciones operativas, etc. En este artículo, se presenta un estudio de sistemas TES (incluidos los materiales) con un enfoque particular en aplicaciones solares térmicas. Se discuten la evaluación de su rendimiento, costo y viabilidad económica, facilidad de instalación, limpieza, impacto ambiental, factores de seguridad, usabilidad tecnológica y aplicabilidad.