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Termosolares

El Campo Solar

  • ÍNDICE:
  • 1 TORRES CENTRALES.

    2. DISCO STIRLING.

    3. FRESNEL.

    4 CILINDRO-PARABÓLICOS.

  • 1. TORRES CENTRALES.
  • La primera central comercial de este tipo se terminó en junio del 2007 en España, las hay de potencias de 11 MW y de 20 MW en construcción.
  • Figura 1. Torre Central

    2. DISCO STIRLING.

    En Europa sólo hay plantas piloto de este tipo, su potencia típica es de 10 kW.  Consisten en espejos con forma de plato que reflejan la  luz a un punto central.

    Figura 2. Captación solar por Discos Stirling.

    3. FRESNEL.

    En Europa no hay ninguna central de este tipo. El principio de operación es el mismo que para las centrales cilindro-parabólicas. En este caso la tubería con el fluido calor-portador pasa por encima de una superficie horizontal de espejos que se van orientando a lo largo del día para hacer incidir siempre  los rayos solares sobre la tubería como se puede observar en la siguiente imagen.

    Figura 3. Campo Fresnel.

    4. CILINDRO-PARABOLICOS.

    Esta tecnología se empezó a usar en los años 80, y actualmente hay centrales en Europa y EEUU, siendo la más usada por ello se va a entrar más en detalle, su potencia oscila entre los 50 MW y los 200 MW. Los concentradores solares recogen la energía lumínica que nos llega de forma directa desde el Sol como multitud de rayos, concentrándola en un punto o foco donde es transferida en forma de energía térmica, dentro de los concentradores se encuentran los cilindro-parabólicos, en el que el foco está situado en la línea. Debido a su forma  la concentración en el foco está en el rango de 30 a 100 veces la intensidad normal, su modo de funcionamiento consiste en orientarse de forma que el plano de la apertura esté perpendicular a los planos en los que se encuentran los rayos solares. Para ello sigue al Sol con un seguidor de un solo eje de forma que al estar continuamente enfocado, transfiere la energía al fluido que circula por el interior del tubo absorbente.

    Figura 4. Captación solar por espejos Cilindro-parabólicos

    Las partes principales que componen la instalación de un colector cilindro-parabólico son:

    1)    Cimentación. Soporta los colectores y los fija al suelo de forma que el conjunto estructural soporte las cargas para las que esta diseñado, suelen ser de hormigón armado. Se realizan en función de las dimensiones de los colectores y de las características estructuras, que están en función del peso, cargas de viento y tipo de terreno.

    2)    Estructura. Su función es la de dar rigidez al conjunto de elementos que lo componen, suelen ser metálicas, aunque actualmente se están investigando otros materiales como la fibra de vidrio, plásticos e incluso madera. Es importante que la estructura sea de calidad ya que cualquier deformación de esta a lo largo de su vida afectará a la concentración de la luz y con ello a la producción de energía.

    Figura 5. Estructura.

    3)    Reflector cilindro-parabólico. Es la parte concentradora del colector y su trabajo consiste en reflejar la radiación solar que incide sobre él y proyectarla de forma concentrada sobre el tubo absorbente. Los reflectores utilizados son espejos hechos de plata o aluminio aplicados sobre chapa, plástico o cristal. Los espejos al estar al aire libre se tienden a ensuciar por lo que deben ser limpiados para que no disminuya el rendimiento, el principal problema para su limpieza son los delicados tubos central.

    Figura 6. Reflector.

    4)    Tubo absorbente. Es el encargado de convertir la luz solar concentrada  en energía térmica en el fluido caloportador, consiste principalmente en dos tubos uno interior de metal, recubierto de una capa especial de pintura negra a base de materiales de gran absorción superior al 90 % y baja emisividad a altas temperaturas, y otro tubo transparente de vidrio de alta transmitancia en el intervalo solar. Para unir los dos tubos se deben usar juntas especiales capaces de soportar las dilataciones. Además dentro de los tubos se introducen unos Getters, encargados de absorber las moléculas de las sustancias que puedan penetrar entre el tubo metálico y el de vidrio, para mantener el vacío.

    Figura 7. Tubo absorbente.

    5)    Transmisión. Es el mecánico de seguimiento solar que se encarga de cambiar la posición del colector conforme el Sol se va moviendo, puede ser eléctrico, motor-reductor, o hidráulico, el más habitual. Normalmente para abaratar coste un solo mecanismo se debe encarga de mover 6 colectores en serie.

    Figura 8. Transmisión eléctrica a la izquierda e hidráulica a la derecha.

    6)   Sistema de seguimiento del Sol. Es el encargado de ajustar la posición del colector de tal manera que el rendimiento sea máximo, para la orientación se utilizan fotocélulas separadas por una banda de sombra, que en caso de desenfoque, produce un tensión que hace que motor gire o los pistones se muevan en la dirección deseada. Además de permitir el máximo aprovechamiento de la energía solar, el sistema de seguimiento sirve para desenfocar el espejo cuando la energía captada es excesiva, otra de sus funciones es colocar los espejos en posición de limpieza o de mantenimiento.

    Figura 9. Sistema de seguimiento.

    7)    Conexión entre colectores. Los colectores se unen en serie formando filas y estos a su vez se unen paralelo. Estas piezas permiten al fluido circular entre los módulos, partes móviles, y las tuberías de circulación, partes fijas, etc. Pueden ser de dos tipos o bien juntas rotativas o tuberías flexibles.

    Figura 10. Juntas de conexión entre paneles.

    8)    Fluido de transferencia de calor. Son lo encargados de absorber la energía solar en los tubos del campo solar y transportarla a los depósitos de sales. Existen diferentes tipos de fluidos usados para esta misión de ellos se pueden destacar los siguientes:

    -  Agua-vapor. Sus ventajas son: barata, fácil de conseguir, abundante, excelente medio de transmisión de calor, alto calor específico, propiedades y comportamiento muy conocido, no es toxica y no es inflamable. Sus desventajas son: es agresiva, muy oxidante, produce corrosión, determinadas sales precipitan produciendo incrustaciones, se dilata al solidificarse y aumenta muy fuertemente de presión con la temperatura.

    -  Mezclas de sales inorgánicas.

    - Alquil bencenos. Son muy estables, soportan temperaturas de hasta 300 ºC, no desprenden gases tóxicos, ni corrosivos y tienen un bajo punto de congelación entre -45 a -50 ºC.

    - Mercurio. Muy poco empleado por razones de toxicidad y precio, trabaja hasta temperaturas de 540 ºC, requiere una gran vigilancia para detección de fuga de vapores, a partir de 360 ºC requiere presión en la instalación haciendo que los costos sean muy altos.

    -  Mezclas difenilo y óxido de difenilo. Tienen puntos de fusión muy altos, desagradable olor fenólico a altas temperaturas (hasta los 410 ºC), son muy caros y al tener un punto de ebullición bajo la instalación necesita un control de presión.

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