Eficiencia VS Durabilidad

[Autor-Institución]: Eneko Setién Solas-PSA

Las plantas solares de torre central están en su fase de desarrollo comercial. La principal barrera a su implementación en el mercado de forma masiva  es la gran inversión inicial requerida sumada al alto riesgo tecnológico. Uno de los principales retos tecnológicos es reducir el riesgo asociado al Receptor solar. A nivel comercial se están instalando receptores de tubos metálicos (PS10, PS20, Gemasolar) por lo que nos centraremos en esta tecnología.

El sistema Receptor es la interfase entre la parte solar y el bloque de potencia, es  donde se produce la absorción de la radiación solar concentrada y se transforma en energía térmica, ello lo convierte en elemento clave.

Existe una obsesión por aumentar la eficiente de las plantas termosolares a fin de hacerlas mas competitivas, pero ¿donde esta la barrera? Para aumentar la eficiencia es necesario aumentar la temperatura del foco caliente, el receptor, Hay  que tener en cuenta que al aumentar la temperatura del receptor aumentan las perdidas térmicas del mismo, debiendo llegar a una temperatura de compromiso que maximice el rendimiento global de la planta. A fin de disminuir la perdidas térmicas del receptor es posible reducir el área del mismo aumentando la concentración de radiación solar.

Ahora bien nos encontramos ante una confrontación técnica entre la termodinámica,  y la resistencia de materiales. Como hemos dicho si  queremos aumentar el rendimiento tenemos que aumentar la temperatura y los flujos de radiación a los que están expuestos los materiales. Además tenemos que tener  en cuenta que los tubos solo están irradiados por una cara y refrigerados internamente, de manera que la diferencia de temperatura entre la cara expuesta  a la radiación y la cara refrigerada genera una tensión térmica importante. Si además sumamos a todo la naturaleza cíclica de la radiación solar, nos encontramos ante unas condiciones de operación sin precedentes en otras industrias.

La elección del fluido caloportador es de vital importancia ya que marcara el flujo máximo de radiación solar y  temperatura de operación  en base a sus propiedades intrínsecas para refrigerar las paredes del tubo. En la siguiente tabla se muestran las condiciones típicas de operación para los fluidos mas relevantes.

Tabla 1: Condiciones de trabajo para los fluidos utilizados actualmente.

La elección del fluido de trabajo determina pues  las condiciones de operación del receptor, y en consecuencia determinará el material a utilizar y su durabilidad.

En la plataforma solar de Almería se han adaptado 4 discos parabólicos, inicialmente diseñados para motores Stirling, para la simular las condiciones a los que los materiales de los receptores están expuestos. Este proyecto de investigación pretende encontrar los limites de los materiales utilizados en las plantas comerciales a fin de maximizar la eficiencia térmica durante toda la vida útil de las plantas termosolares.