Estudios revisan los avances en una tecnología clave para que la energía solar sea continua, eficiente y competitiva: los materiales de cambio de fase, capaces de almacenar calor y liberarlo cuando se necesita.
Actualmente, uno de los mayores problemas que presenta la obtención de electricidad a partir de energía solar, radica en las diferencias de productividad existentes en función de las condiciones climáticas y de luz solar. En la búsqueda de hacer útil esta fuente en todo momento, se precisan materiales que sean capaces de almacenar esta energía solar de una forma eficiente.
Un estudio publicado por un grupo de investigadores recopila los avances más importantes de la última década en una solución prometedora: el uso de materiales de cambio de fase (PCM, por sus siglas en inglés) para almacenar calor en las plantas solares de concentración (CSP).
Las plantas CSP funcionan de forma distinta a los paneles solares tradicionales. En lugar de producir electricidad directamente, utilizan espejos para concentrar la luz solar y calentar un fluido. Este calor se usa luego para generar vapor que mueve turbinas, como en una central térmica clásica. Lo interesante de este sistema es que el calor se puede almacenar antes de convertirlo en electricidad, permitiendo así que la planta funcione también cuando no hay sol.
Actualmente, muchas de estas plantas usan sistemas que almacenan el calor en grandes tanques de sales fundidas. Pero esta tecnología, aunque útil, tiene importantes limitaciones: ocupa mucho espacio y no siempre es eficiente. Aquí es donde entran en juego los PCM.
Los materiales de cambio de fase son sustancias que pueden absorber o liberar grandes cantidades de energía al cambiar de estado, por ejemplo, de sólido a líquido o viceversa. Durante ese proceso, el material mantiene una temperatura constante mientras almacena o libera calor. Esto permite guardar más energía en menos espacio y con menos pérdidas, lo que hace que estos sistemas sean potencialmente más compactos, eficientes y baratos.
El estudio, publicado en la revista científica Applied Thermal Engineering, analiza los diferentes tipos de PCM que se están investigando para este fin, especialmente aquellos que pueden trabajar a temperaturas muy altas, como las necesarias en las CSP. También repasa las soluciones que se están desarrollando para superar sus principales dificultades, como la baja capacidad de conducir el calor, los cambios de volumen al cambiar de estado, o la posible corrosión de los materiales que los contienen.
Una de las ideas más prometedoras es encapsular los PCM en pequeñas cápsulas resistentes, lo que mejora la transferencia de calor y evita fugas. Otra estrategia es usar varios PCM en capas, cada uno con una temperatura de cambio distinta, para aprovechar mejor el calor en distintas etapas. También se están probando aditivos como nanopartículas metálicas o de carbono para aumentar la eficiencia térmica.
Aunque todavía no existen plantas solares comerciales que utilicen este tipo de almacenamiento con PCM, sí hay prototipos avanzados. Uno de ellos, diseñado por la empresa estadounidense Terrafore Inc., propone un sistema con tres tipos de PCM encapsulados que permitiría almacenar y liberar calor de forma más controlada y eficiente.
La energía solar de concentración ya cuenta con más de 9.000 megavatios instalados en el mundo, y otros 8.800 están en desarrollo, especialmente en países como China, Emiratos Árabes, Marruecos, Sudáfrica o Chile. Si se consigue que estos nuevos materiales funcionen de forma fiable y económica, podrían dar un gran salto a esta tecnología, permitiendo generar electricidad limpia las 24 horas del día.
“El almacenamiento de calor es la pieza clave para que la energía solar pueda competir con las fuentes convencionales”, concluye el estudio. “Los materiales de cambio de fase tienen el potencial de convertirse en esa solución”.
Bibliografía
Referencia 1. Khan, M. I., Asfand, F., & Al-Ghamdi, S. G. (2023). Progress in research and development of phase change materials for thermal energy storage in concentrated solar power. Applied Thermal Engineering, 219, 119546. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.119546
