Ce este un lac solar? Beneficii și dezavantaje

Un lac solar ar putea fi cea mai simplă, cea mai economică și cea mai sustenabilă modalitate de a stoca energia solară. De asemenea, ar putea fi cea mai contraintuitivă: nu trebuie să ai o diplomă în fizică pentru a ști că căldura se ridică, dar într-un lac solar, energia termică este stocată la fundul lacului și izolată de apa rece de deasupra.

Cum funcționează lacurile solare

Deși surprinzătoare, fizica lacurilor solare este de fapt destul de simplă: fundul unui lac este căptușit cu săruri, pe o adâncime de până la câțiva metri, care sunt apoi încălzite natural de soare. Deoarece sărurile sunt mai grele decât apa, ele rămân pe fundul lacului, în timp ce stratul superior mai rece de apă acționează ca un izolator pentru căldura de dedesubt. Atâta timp cât stratul superior de apă rămâne limpede și fără sare, astfel încât lumina soarelui să poată pătrunde până la fundul lacului, temperaturile de la fund pot ajunge aproape de punctul de fierbere.

În funcție de dimensiunea și adâncimea lacului solar, pot fi stocate cantități mari de căldură. Cu cât lacul este mai adânc, cu atât durata de stocare a căldurii este mai lungă, deși durează mai mult timp pentru ca zona de stocare să atingă temperatura dorită. Un lac mai lat și mai puțin adânc se încălzește mai repede, datorită unei expuneri mai mari la radiația solară, precum și temperaturilor mai ridicate—dar nu poate stoca acea căldură ridicată pentru o durată la fel de lungă. Dimensiunea ideală poate depinde de utilizarea finală a lacului solar.

Bazinele de apă sărată precum Marele Lac Sărat sau Marea Moartă pot avea porțiuni din suprafața lor convertite în lacuri solare. Salton Sea din sudul Californiei, aflat în prezent în dezvoltare ca extracție de saramură pentru litiu pentru vehicule electrice, a fost de asemenea studiat de NASA și alții ca potențial sit pentru furnizarea de energie termică pentru generarea de electricitate.

Beneficiile ecologice ale lacurilor solare

Unul dintre principalele beneficii ale lacurilor solare este cât de puțină energie și materiale sunt necesare pentru a le construi și întreține. Excavarea este partea cea mai intensivă din punct de vedere energetic a procesului de instalare. În funcție de compactibilitatea solului subiacent, un lac solar ar putea necesita căptușirea cu argilă sau alt material neporos înainte de adăugarea sării. Singurele alte materiale sunt sare de masă obișnuită (NaCl) sau o soluție salină pentru a umple fundul lacului și apă dulce.

Apă dulce este necesară periodic pentru a spăla sărurile din stratul superior și a reface pierderile de apă prin evaporare. De asemenea, sare sau saramură trebuie adăugată stratului inferior pentru a compensa pierderile naturale pe măsură ce apele lacului se amestecă. Altfel, sistemul se autoîntreține.

Lacurile solare pot acționa ca depozite de energie pe tot parcursul anului și nu sunt supuse acelorași tipuri de variabilitate sezonieră ca depozitele hidroelectrice (baraje), o altă formă de stocare pe termen lung. Lacurile de stocare a căldurii sunt, de asemenea, disponibile pentru o mare varietate de utilizări, cum ar fi încălzirea industrială, producția chimică, utilizări agricole, desalinizarea și producția de electricitate.

Având în vedere costul redus și simplitatea lacurilor solare, acestea pot fi construite aproape de punctul în care energia lor este necesară. Fie că sunt folosite pentru căldură sau electricitate, acest avantaj reduce necesitatea de a transporta sau transmite energie sau sursele sale pe distanțe lungi prin conducte, transport maritim și rutier sau cabluri de transport. Odată instalate, costurile reduse de întreținere ale lacurilor solare le fac aproape fără emisii, iar carbonul încorporat în materiale poate fi, de asemenea, aproape de zero.

Limitări și dezavantaje

Lacurile solare sunt în general utilizate pentru a furniza direct căldură clădirilor și pentru scopuri industriale, deoarece eficiența conversiei căldurii stocate în electricitate este foarte scăzută (2%) și, în general, nu este viabilă din punct de vedere economic. Pentru a genera electricitate dintr-un lac solar, se folosește adesea un ciclu de motor Rankine, deoarece turbina pe care o utilizează pentru a produce electricitate este acționată de un fluid cu un punct de fierbere mai scăzut decât apa; căldura dintr-un lac solar este insuficientă pentru a genera abur din apă simplă.

În loc de argilă, pot fi necesare plastic durabil, polietilenă sau alte materiale neregenerabile și potențial toxice pentru a căptuși fundul lacului. Cantitatea de apă dulce necesară pentru construirea și întreținerea lacului ar putea fi prohibitivă în climate aride sau acolo unde apa dulce este rară, în timp ce opusul ar putea fi, de asemenea, adevărat; o zonă cu un nivel ridicat al pânzei freatice ar putea împiedica excavarea suficient de adâncă pentru a crea un lac solar. Lumina solară adecvată ar putea să nu fie disponibilă în unele regiuni, în special la latitudini mai înalte unde insolația solară este mai slabă, iar ploile abundente regulate și musonii pot pătrunde adânc într-un lac solar și pot perturba stabilitatea straturilor sale separate.