Estanques solares - Solar pond

Que son los estanques solares...?

Los estanques solares o Solar Pond son otra forma de  energía  solar que  recibe la  radiación  solar  y  la  almacena en su interior como  energía térmica, con reducción  de  la  densidad y muy baja perdida de calor.

Son depósitos de agua salada que incrementa la concentración de sal cuanto mayor es la profundidad «haloclina», hasta un determinado punto donde ya no puede superarse la saturación de sal.

Ocurre de forma natural, debido a que la sal del agua por ser más densa, tiende a irse al fondo del estanque. La sal tiene la propiedad de almacenar el calor, por esta razón, la capa más profunda del estanque tiene una temperatura mayor, pero esto siempre que no se exceda de una determinada altura en la que se permite la transmisión de la radiación solar

El  gradiente  salino  forma  un  gradiente  de densidad que aumenta con la profundidad, lo que contrarresta el gradiente de temperatura, evitando  así  que  el  calor  de  las  capas  inferiores  se  mueva  hacia  arriba  por  convección  y escape  del  estanque. Es así que pueden alcanzarse temperaturas del orden de 90º C

Tipos de estanques solares

estanques solares convectivos

Entendemos como convección al Movimiento ascendente del vapor de agua por el calentamiento de la radiación solar en su superficie

Los estanques solares convectivos(SSP), o charcas solares, son cuerpos de agua estancada en pequeños depósitos de como unos 3/4 m de ancho y 50 m de largo de una profundidad de unos 10 cm con depósitos impermeabilizados de fondo y paredes. Se utilizan para fines domésticos o industriales de poco alcance

estanques solares no convectivos

Se aprecio que de forma natural  unos lagos de alta concentración salina (Vanda (Antârtida), Mevde (Hungrîa) , Hot Lake (USA) ) aportaban unas detreminadas caracteristicas

A diferencia de los mares y océanos en los que la profundidad implica un enfriamiento del agua profunda con relación al agua superficial, en los estanques solares que no sobrepasan los 2 ó 3 m. de altura de agua ocurre lo denominado como gradiente de temperatura  inverso alcanzando mayor temperatura en la del fondo con relación al agua de la capa exterior,   alcanzando un incremento de temperatura que según profundidad puede superar unos 60ºC ello coincidiendo con la ausencia de corrientes de convección que sumadas a la poca conductividad del agua hacen que las pérdidas de calor sean mínimas

Estanque solar no convectivo / no saturado

Según el modo de establecer el gradiente de concentración, los estanques solares no convectivos se dividen en dos grupos

  • estanques solares no convectivos saturados
  • estanques solares no convectivos no saturados

estanques solares no convectivos saturados

En estos estanques, en cualquier nivel, la disolución está saturada  Utilizan sales cuyo grado de solubilidad depende fuertemente de la temperatura.

De esta forma, cuando aumenta la temperatura aumenta el contenido en sal, manteniéndose el gradiente de densidad que evita la convección.

estanques solares no convectivos no saturados

En estos estanques, se establece un gradiente de concentración inicial . En cada  nivel  la concentración salina es diferente, y solo en el fondo alcanza el grado de saturación.

Se distinguen tres zonas :

Zona conectiva superficial (UCZ).

El viento y la baja concentración salina y la convección hacen que la tempera del agua y del exterior sean equiparables

Zona no conectiva o zona de gradiente (NCZ)

Zona intermedia que por su gradiente alcanza una densidad que evita la convección de la zona profunda . Manteniéndola limpia, permite la trasmisión de los rayos solares. Su espesor es de 1 m.de su parte más exterior a la parte mas profunda. En esta etapa hay un incremento constante de temperatura

Zona conectiva del fondo o zona de almacenamiento (LCZ)

Preferiblemente de fondo negro , almacena la temperatura que recibe de la segunda capa superior a la temperatura ambiente . Se requiere una concentración salina casi saturada. Según temperatura ambiente, insolación y altura será de mayor o menor temperatura

Posibilidades de aplicacion del estanque solar

  • desalinización térmica
  • Generación de electricidad
  • Aplicaciones térmicas de climatización y refrigeración
  • Secado de productos agricolas

Lugares en los que se ha aplicado esta tecnología

University of texas en El paso USA, fondo de 3,25 separado en UCZ 0,70 m., NCZ 1,20 m.,LCZ 1,35 m. Una superficie total de 3.350 m2. Concentracion en LCZ de un 2% y en UCZ 26%. Temperatura ambiente de 25º C . Genera 285 W/m2

University of tecnology Rajamangala Thanyaburi  en Tailandia, fondo de 1,50 m. separado en UCZ 0,20 m., NCZ 0,70 m.,LCZ 0,60 m. Una superficie total de 7 m2. Concentracion en LCZ de un 0,5 % y en UCZ 20%. Temperatura externa de 26º C . Genera 210 W/m2

University Ferdowsi  en Mashhad Iran, fondo de 1,10 separado en UCZ 0,20 m., NCZ 0,50 m.,LCZ 0,40m. Una superficie total de 4 m2. Concentracion en LCZ de un 0,3% y en UCZ 20%. Temperatura de 20º C . Genera 185 W/m2

Alice Spring, en Australia, El proyecto inicial consistia en un estanque de 40/40 m. con aporte de 150 Kw de energia electrica. Actualmente esta en proyecto un estanque de fondo 1,49m.Su parte lateral es de 1,2 km, temperatura en LCZ de unos 90ºC adicionalmente al cloruro de sodio (NaCl) se le incorpora Cloruro de magnesio(MgCl2) y Bicarbonato sódico(NaHCO₃) lo que potencia el gradiente. Se presupone alcance un total de 10Mw de potencia eléctrica

Alice Springs - Australia proyecto inicial

Pyramid Hill, Australia, desde 1993. Superficie de 6000 m2. diseñado inicialmente para el aporte calorifico de una lecheria a la que se suministraba unos 15.000 m3. de agua caliente a temperatura de unos 75ºC. Posteriormente tras diferentes modificciones llego a lacanzar una temperatura de 99,8º C

Bhuj en Gujarat, en India, desde 1993. Superficie de 6000 m2. diseñado inicialmente para el aporte calorifico de una lecheria a la que se suministraba unos 15.000 m3. de agua caliente a temperatura de unos 75ºC. Posteriormente tras diferentes modificciones llego a lacanzar una temperatura de 99,8º C

Ein Bokek planta de potasa israelí en Sdom , en la costa del Mar Muerto en Israel. Una superficie total de 6250 m2.  Capacidad instalada de  150 Kw  con 6 estanques solares iniciados en 1960. Una superficie total de 75.000 m2., con una profundidad de 2,5 m. Temperatura en LCZ de 93ºC. Se aporta a la central electrica un total de 20 Mw. adicionalmente esta diseñada para la desalinización térmica

Beith Ha'Arava (Palestina/Israel)

Beith Ha’Arava en Jericó, en Cisjordania (Palestina) Territorio ocupado por Isrrael. Una superficie total de 210.000 m2.  Capacidad instalada de  5 Mw.

Lago Medve, en Transilvania, Rumania, con una profundidad de 1,32 m. Temperatura en LCZ de 70ºC.

Antártida, en el lago Vanada El fondo de este lago (67 m de profundidad) se mantiene en unos 25 ° C a pesar de una temperatura media anual del aire de aproximadamente -20 ° C.

Mina de Solvay en Escúzar, Granada (España) El fondo es de 2,2m. de profundidad, 25 m largo, con 20 m ancho, superficie de unos 500 m2.  Dimensiones entre zonas de 0.65 m en LCZ, 1 m en NCZ y 0.4 m en UCZ en donde se ha llegado a los 80ºC