Un estanque solar es una piscina de agua salada que recoge y almacena energía solar térmica. El agua salada forma naturalmente un gradiente de salinidad vertical también conocido como " haloclina ", en el que el agua de baja salinidad flota sobre el agua de alta salinidad. Las capas de soluciones salinas aumentan en concentración (y por lo tanto en densidad) con la profundidad. Por debajo de cierta profundidad, la solución tiene una concentración de sal uniformemente alta.
Cuando los rayos del sol entran en contacto con el fondo de una piscina poco profunda, calientan el agua adyacente al fondo. Cuando el agua del fondo de la piscina se calienta, se vuelve menos densa que el agua más fría que está encima y comienza la convección . Los estanques solares calientan el agua impidiendo esta convección. Se agrega sal al agua hasta que las capas inferiores de agua queden completamente saturadas . El agua de alta salinidad en el fondo del estanque no se mezcla fácilmente con el agua de baja salinidad que está encima, por lo que cuando se calienta la capa inferior de agua, la convección ocurre por separado en las capas inferior y superior, con una mezcla suave entre las dos. . Esto reduce en gran medida la pérdida de calor y permite que el agua con alta salinidad alcance hasta 90 °C mientras se mantiene el agua con baja salinidad a 30 °C. [1] Esta agua caliente y salada se puede bombear para utilizarla en la generación de electricidad, a través de una turbina o como fuente de energía térmica.
La energía obtenida se produce en forma de calor de baja calidad de 70 a 80 °C en comparación con una temperatura ambiente supuesta de 20 °C. Según la segunda ley de la termodinámica (ver ciclo de Carnot ), la eficiencia teórica máxima de un ciclo que utiliza calor de un depósito de alta temperatura a 80 °C y tiene una temperatura más baja de 20 °C es 1−(273+20) /(273+80)=17%. En comparación, el motor térmico de una central eléctrica que entrega calor de alta calidad a 800 °C tendría un límite teórico máximo del 73% para convertir el calor en trabajo útil (y por lo tanto se vería obligado a destinar tan sólo un 27% del calor residual al depósito de temperatura fría a 20 °C). La baja eficiencia de los estanques solares generalmente se justifica con el argumento de que el "colector", al ser simplemente un estanque revestido de plástico, podría potencialmente dar como resultado un sistema a gran escala con un costo energético nivelado general menor que un sistema de concentración solar .
Se realizarán más investigaciones para abordar problemas como, por ejemplo, el desarrollo de estanques de membrana. Estos utilizan una fina membrana permeable para separar las capas sin permitir el paso de la sal.
El estanque solar en funcionamiento más grande para la generación de electricidad fue el estanque Beit HaArava construido en Israel y en funcionamiento hasta 1988. Tenía una superficie de 210.000 m² y daba una potencia eléctrica de 5 MW. [3]
India fue el primer país asiático que instaló un estanque solar en Bhuj , en Gujarat. El proyecto fue aprobado bajo el Programa Nacional de Estanques Solares por el Ministerio de Fuentes de Energía No Convencionales en 1987 y completado en 1993 después de un esfuerzo de colaboración sostenido por TERI, la Agencia de Desarrollo Energético de Gujarat y la GDDC (Gujarat Dairy Development Corporation Ltd). El estanque solar demostró con éxito la viabilidad de la tecnología suministrando 80.000 litros de agua caliente diariamente a la planta. Está diseñado para suministrar alrededor de 22.000.000 de kWh [ cita requerida ] de energía térmica al año. El Instituto de Energía y Recursos proporcionó todos los aportes técnicos y asumió la ejecución completa de la investigación, el desarrollo y la demostración. TERI operó y mantuvo esta instalación hasta 1996 antes de entregársela al GDDC. El estanque solar funcionó sin esfuerzo hasta el año 2000, cuando graves pérdidas financieras paralizaron a GDDC. Posteriormente, el terremoto de Bhuj dejó la lechería Kutch fuera de funcionamiento. [4]
El estanque solar de 0,8 acres (3200 m 2 ) que alimenta el 20% de las operaciones de Bruce Foods Corporation en El Paso, Texas, es el segundo más grande de los EE. UU. También es el primer estanque solar con gradiente de sal en los EE. UU. [5]
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