Sistemas de radiacion Capiyulo I.

fuente recogida de:http://revista.robotiker.com
LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA APLICADA A LA PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD



El Sol es el origen directo o indirecto de todas las fuentes de energía renovables, desde la solar o la eólica a la maremotriz. En el caso de la energía solar, ésta aprovecha directamente la energía que recibimos del Sol (inicialmente más de 1.350 W/m2), dando lugar a dos modalidades: la energía solar térmica y la energía solar fotovoltaica. La fotovoltaica utiliza la radiación solar para generar electricidad aprovechando las propiedades físicas de ciertos materiales semiconductores. La energía térmica utiliza directamente la energía que recibimos del Sol para calentar un fluido.
Dos son los usos fundamentales de la energía térmica: la producción de electricidad en grandes centrales y el resto de aplicaciones industriales y domésticas, que recuperan directamente el calor de la radiación solar. Estas últimas aplicaciones las analizaremos en nuestro próximo número.
La intensidad de energía utilizable una vez que la radiación solar atraviesa la atmósfera es muy baja, y su utilización está condicionada por la temperatura a la cual se va a aprovechar. La energía solar térmica, según su utilización, se puede clasificar en baja, media o alta temperatura, y sólo es válida ésta última para la producción de energía eléctrica.
Existen dos modos de producir electricidad por energía solar térmica: de alta o de baja concentración. La filosofía de ambas consiste en calentar un fluido que al evaporarse hace mover una turbina. A partir de ahí, el funcionamiento es similar al de una central de generación de electricidad cualquiera: térmica, nuclear. La diferencia en este caso es que la fuente de energía, el combustible es el Sol, una fuente inagotable y que no contamina. El rendimiento global de una central termosolar de generación de electricidad está en el rango del 16-20% (Fuente: PSA: Plataforma Solar de Almería) .
Los dispositivos de alta concentración son los llamados sistemas de receptor central. La radiación solar se capta por medio de un conjunto de espejos curvos, que reflejan la luz del sol concentrándola en un único punto o foco. La misión de estos espejos o heliostatos es seguir el movimiento solar a lo largo del día y su control se realiza por medio de programas software (hay que recordar que el movimiento del sol en una determinada latitud y para una época del año y un día concretos está totalmente determinado). El foco funciona como receptor del calor que lo transfiere al fluido de trabajo (agua, aceite, aire, sales...), que es el encargado de transmitir el calor a otra parte de la central termosolar. Generalmente, el calor es transmitido a un depósito de agua, que a altas temperaturas se evapora, hecho éste que es aprovechado para hacer mover una turbina.
Los receptores centrales tienen características positivas: tienen ratios de concentración de 300 a 1.500, es decir, son altamente eficientes, y pueden operar a temperaturas de 500 a 1500ºC.
Existen dos configuraciones básicas: en la primera, los heliostatos rodean completamente a la torre central (cilíndrica y de superficie con alta conductividad térmica). En el segundo caso, los heliostatos están colocados el norte de la torre receptora, como la de la figura.
Otra variedad de centrales solares térmicas de alta concentración son los llamados discos parabólicos: Una disco parabólico es un colector que rastrea el sol en 2 ejes, concentrando la radiación solar en un receptor ubicado en el foco de la parábola. El receptor absorbe la energía convirtiéndola en energía térmica. La energía puede ser convertida inmediatamente después mediante un generador a energía eléctrica o ser conducida mediante tuberías a una central de conversión. Los colectores parabólicos tienen entre otras las siguientes características: están orientados directamente al sol, son los más eficientes de todos los colectores, tienen radios de concentración de alrededor de 600 a 2000, pueden alcanzar temperaturas superiores a los 1500 °C… Este tipo de sistema usa como fluido aceite o vapor de agua.


Los dispositivos de baja concentración son algo diferentes: esta vez, se trata de un conjunto de colectores cilindro parabólicos que también se mueven con el sol concentrando la radiación en una tubería ubicada a lo largo del foco, la cual concentra el fluido de trabajo que transporta el calor

adquirido. Este fluido que se mueve en el tubo es calentado y transportado a una red de tuberías diseñada para minimizar las pérdidas por calor. Los sistemas parabólicos típicamente tienen una línea focal horizontal simple y por lo tanto rastrean el sol a lo largo de un solo eje, ya sea norte - sur o este - oeste.
Una orientación norte - sur provee un poco mas de energía anual que la este - oeste, pero el potencial en invierno es menor en latitudes medianas. En contraste, una orientación este - oeste provee un producto más constante a través del año. Los sistemas parabólicos operan a temperaturas que bordean el rango 100 a 400 °C, bastantes más bajas que el sistema de foco central. Sin embargo este tipo de sistemas son los más tecnológicamente desarrollados: son centrales que ocupan un espacio más pequeño y que presentan ventajas frente a los discos parabólicos.
En ambos casos (alta o baja concentración), la energía calorífica solar se transforma generalmente en energía eléctrica, aunque existe la posibilidad de almacenar calor. Uno de las grandes inconvenientes de la energía solar es su discontinuidad en el tiempo, pero en el caso de los sistemas de concentración se le añade además una segunda restricción, ya que estos sistemas sólo aprovechan la radiación solar directa, por lo que necesitan que no haya nubes. Para solventar estos problemas se disponen de sistemas de almacenamiento térmico.
Atendiendo al medio en el cual se almacena la energía térmica, podemos distinguir dos tipos de sistemas:
Sistemas de almacenamiento en medio único. Sistemas de almacenamiento en medio dual.Los sistemas de almacenamiento en medio único son aquellos en los que el medio utilizado para almacenar la energía térmica es el mismo fluido que circula por los colectores solares. Los más comunes utilizan aceite sintético como fluido de trabajo y como medio de almacenamiento. La eficiencia de estos sistemas es superior al 90%. (Fuente: PSA)
Los sistemas de almacenamiento en medio dual son aquellos en los que el almacenamiento de calor se efectúa en un medio diferente al fluido de trabajo que se calienta en los colectores solares. Los medios de almacenamiento más comunes son las placas de hierro, materiales cerámicos o el hormigón. La eficiencia de estos sistemas es ronda el 70%. (Fuente: PSA).
Eduardo Román Medina
Ingeniero en Telecomunicaciones
Unidad de Energia
ROBOTIKER