Nuevos diseños en tecnologías solares de concentración

Autora: María Isabel Roldán Serrano. CIEMAT-Plataforma Solar de Almería

 Uno de los principales objetivos de la política energética europea es el aumento de la participación de las energías renovables hasta significar un 20% dentro del sector en el año 2020. El desarrollo de las renovables tendrá además una gran influencia en la reducción de las emisiones de CO₂, fijada en un 80-95% para el año 2050 [1]. En este contexto, la energía solar tiene un papel clave en el modelo energético del futuro, ya que es una fuente de energía prácticamente inagotable. Sin embargo, el elevado coste de la tecnología solar desarrollada es un obstáculo que se debe superar para lograr su implantación definitiva [2].

Por un lado, las células fotovoltaicas cuentan con un amplio margen para las mejoras técnicas, puesto que la nanotecnología, las células multicapa y las de concentración prometen rendimientos mucho más elevados. Así, por ejemplo, el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha desarrollado una célula fotovoltaica ultrafina, ligera y flexible empleando un polímero (parileno) tanto en el sustrato como en la capa protectora (Figura 1a); lo que permite que pueda ser empleada para el suministro de energía en equipos electrónicos portátiles de nueva generación [3].

Otros nuevos diseños han unido sistemas de concentración a las células fotovoltaicas con el fin de mejorar la eficiencia de los paneles solares tradicionales. Uno de estos diseños son las esferas solares (Figura 1b) que consisten en una estructura esférica de cristal rellena de agua para dirigir los rayos solares a unas células fotovoltaicas situadas en el foco de concentración y, a su vez, está asociada a un sistema de seguimiento de la posición del Sol; consiguiendo así un 70% más de eficiencia que la obtenida por los paneles fotovoltaicos tradicionales [4]. Un diseño similar es el de los llamados globos solares (Figura 1c), formados por una capa delgada, ligera y flexible de células fotovoltaicas situadas en el foco de concentración de un globo transparente de 2 m de diámetro. Los rayos solares alcanzan una capa reflectante y son dirigidos hacia dicho foco; de forma que se puede generar unas 400 veces más energía que la conseguida mediante el panel fotovoltaico. Este sistema posee una infraestructura mucho más barata que las tradicionales y, al estar suspendidos en un soporte, se pueden instalar en grandes extensiones de terreno con un impacto ambiental reducido [4].

Figura 1.             Nuevos diseños en energía solar fotovoltaica: a) células ultrafinas [3], b) esferas solares y c) globos solares [4].

Por su parte, las centrales termosolares, basadas en la generación de calor, pueden dotarse de sistemas de almacenamiento energético que les permitan suministrar electricidad en cualquier rango horario. Una de las nuevas tecnologías de almacenamiento, desarrollada por Southern Research (SR) para centrales de torre, consiste en transferir la energía termoquímica, debida a una reacción de carbonatación reversible de un óxido de calcio refinado y reforzado, a un intercambiador de calor de placas paralelas conectado a un ciclo de potencia de CO₂ supercrítico (s-CO₂). Según SR, la alta densidad del material permite reducir el volumen de almacenaje de las sales fundidas a una sexta parte y, las mayores temperaturas alcanzadas (750ºC), permiten emplear un ciclo de potencia con s-CO₂ que logra un 10% más de eficiencia en la conversión calor-electricidad que los ciclos convencionales [5].

En la tecnología de cilindro-parabólicos, se plantea disminuir costes en el campo solar mediante el aumento del área de apertura del captador, tal y como se ha contemplado en el proyecto Noor II en Marruecos [5]. Además, SCHOTT Solar propone nuevos conceptos de tubo receptor considerando mayores dimensiones y nuevos fluidos caloportadores para aumentar la eficiencia alcanzando temperaturas mayores de 500ºC [6].

Otro desarrollo de las plantas termosolares es contar con un ciclo combinado híbrido solar integrado para aumentar el rendimiento de la planta. El campo solar (ya sea un cilindro parabólico, un reflector lineal de Fresnel o una torre central de heliostatos) proporciona vapor adicional durante las horas de alta radiación solar para alimentar la turbina de vapor principal. De esta forma, se estimula la producción de vapor y, en consecuencia, la potencia de salida eléctrica con un coste extra relativamente bajo [7].

En el diseño de heliostatos, aparece como novedad el heliostato Stellio de forma pentagonal con técnicas innovadoras de construcción y software inteligente para reducir alrededor de un 20% la inversión en el campo de heliostatos de las centrales de torre. Su forma pentagonal permite reducir los efectos de los bloqueos y las sombras en el campo solar, al tiempo que permite reducciones rentables de las dimensiones estándar de los reflectores. Además, emplea dispositivos de seguimiento lineal en ambos ejes y su diseño evita grandes deformaciones estructurales en las esquinas de los reflectores, gracias a una estructura simétrica con igual rigidez en todas las direcciones [8].

Figura 2.       Nuevos diseños en energía solar de concentración: a) elementos de mejora en el diseño de captadores cilindro-parabólicos [5], b) heliostato Stellio [7].

Por tanto, como consecuencia de la aparición de diseños innovadores más rentables y eficientes, la energía solar está más cerca de implantarse como una alternativa real en el modelo energético del futuro.

Fuentes:

1. Policy Department Economic and Scientific Policy, European renewable energy network-Study, IP/A/ITRE/ST/2011-07, European Union, (2011).
2. http://www.investigacionyciencia.es/
3. http://news.mit.edu/2016/
4. http://ecoinventos.com/
5. http://es.csptoday.com/
6. http://helionoticias.es/
7. https://www.sulzer.com/

8. http://www.sbp.de/