Concentradors solars
Bàsicament, els concentradors solars són molt diferents convertidors fotovoltaics… A més, les centrals solars de tipus tèrmic són molt més eficients que les fotovoltaiques per una sèrie de característiques.
La tasca del concentrador solar és enfocar els raigs solars en un recipient de líquid refrigerant, que pot ser per exemple oli o aigua, que són bons per absorbir l'energia solar. Els mètodes de concentració són diferents: concentradors cilíndrics parabòlics, miralls parabòlics o torres heliocèntriques.
En alguns concentradors, la radiació solar s'enfoca al llarg de la línia focal, en altres, al punt focal on es troba el receptor. Quan la radiació solar es reflecteix des d'una superfície més gran a una superfície més petita (la superfície del receptor), s'arriba a una temperatura elevada, el refrigerant absorbeix la calor, movent-se a través del receptor. El sistema en conjunt també conté una part d'emmagatzematge i un sistema de transferència d'energia.
L'eficiència dels concentradors es redueix significativament durant els períodes ennuvolats, ja que només es concentra la radiació solar directa.Per aquest motiu, aquests sistemes aconsegueixen la màxima eficiència en regions on el nivell d'insolació és especialment elevat: als deserts, a la regió equatorial. Per tal d'augmentar l'eficiència de l'ús de la radiació solar, els concentradors estan equipats amb seguidors especials, sistemes de seguiment que garanteixen l'orientació més precisa dels concentradors en la direcció del sol.
Com que el cost dels concentradors solars és elevat i els sistemes de seguiment requereixen un manteniment periòdic, el seu ús es limita principalment als sistemes de generació d'energia industrial.
Aquestes instal·lacions es poden utilitzar en sistemes híbrids juntament, per exemple, amb combustible d'hidrocarburs, llavors el sistema d'emmagatzematge reduirà el cost de l'electricitat produïda. Això serà possible ja que la generació es farà durant tot el dia.
Els concentradors solars de tubs parabòlics tenen una longitud de fins a 50 metres, semblant a una paràbola de mirall allargada. Aquest concentrador consisteix en un conjunt de miralls còncaus, cadascun dels quals recull raigs solars paral·lels i els enfoca en un punt concret. Al llarg d'aquesta paràbola, es troba un tub amb un líquid refrigerant, de manera que s'hi concentren tots els raigs reflectits pels miralls. Per reduir la pèrdua de calor, el tub està envoltat per un tub de vidre que s'estén al llarg de la línia focal del cilindre.
Aquests centres estan disposats en fileres en direcció nord-sud i, sens dubte, estan equipats amb sistemes de seguiment solar. La radiació enfocada a la línia escalfa el refrigerant a gairebé 400 graus, passa pels intercanviadors de calor, generant vapor que fa girar la turbina del generador.
Per ser justos, cal tenir en compte que també es pot situar una fotocèl·lula al lloc del tub. Tanmateix, malgrat que les mides del concentrador poden ser més petites amb cèl·lules fotovoltaiques, això està ple d'una disminució de l'eficiència i del problema del sobreescalfament, que requereix el desenvolupament d'un sistema de refrigeració d'alta qualitat.
Al desert de Califòrnia als anys 80 es van construir 9 centrals elèctriques de concentradors cilíndrics parabòlics amb una capacitat total de 354 MW. Aleshores, la mateixa empresa (Luz International) també va construir una instal·lació híbrida SEGS I a Deget, amb una potència de 13,8 MW, que a més incloïa forns de gas natural.En general, l'any 1990, l'empresa havia construït centrals híbrides amb una potència total de 80 MW.
El desenvolupament de la producció d'energia solar en centrals parabòliques s'està duent a terme al Marroc, Mèxic, Algèria i altres països en desenvolupament amb finançament del Banc Mundial.
Com a resultat, els experts conclouen que avui en dia, les centrals elèctriques de canal parabòlic es queden per darrere de les centrals solars de torre i de disc en termes de rendibilitat i eficiència.
Instal·lacions solars de disc: són, com les antenes parabòliques, miralls parabòlics que centren els raigs solars en un receptor situat al focus de cada plat. Al mateix temps, la temperatura del refrigerant amb aquesta tecnologia de calefacció arriba als 1000 graus. El fluid de transferència de calor s'alimenta immediatament a un generador o motor que es combina amb un receptor. Aquí, per exemple, s'utilitzen motors Stirling i Brighton, que poden augmentar significativament el rendiment d'aquests sistemes, ja que l'eficiència òptica és alta i els costos inicials són baixos.
El rècord mundial d'eficiència d'una instal·lació solar parabòlica és del 29% d'eficiència tèrmica a elèctrica aconseguida per una instal·lació de tipus parabòlica combinada amb un motor Stirling a Rancho Mirage.
A causa del disseny modular, els sistemes solars de tipus match són molt prometedors, permeten assolir fàcilment els nivells de potència requerits tant per als usuaris híbrids connectats a les xarxes elèctriques públiques com per als independents. Un exemple és el projecte STEP, que consta de 114 miralls parabòlics amb un diàmetre de 7 metres situats a l'estat de Geòrgia.
El sistema produeix vapor de mitjana, baixa i alta pressió. El vapor de baixa pressió es subministra al sistema d'aire condicionat de la fàbrica de teixits, el vapor de mitjana pressió es subministra a la pròpia indústria del teixit i el vapor d'alta pressió es subministra directament per generar electricitat.
Per descomptat, els concentradors de discos solars combinats amb un motor Stirling són d'interès per als propietaris de grans empreses energètiques. Així, Science Applications International Corporation, en col·laboració amb tres empreses energètiques, està desenvolupant un sistema amb motor Stirling i miralls parabòlics que podran produir 25 kW d'electricitat.
A les centrals solars de tipus torre amb un receptor central, la radiació solar es centra en el receptor, que es troba a la part superior de la torre... Al voltant de les torres es col·loquen un gran nombre de reflectors-heliòstats... Els heliòstats estan equipats amb un sistema de seguiment solar de dos eixos, gràcies al qual giren sempre de manera que els raigs queden estacionaris, concentrats en el receptor de calor.
El receptor absorbeix energia tèrmica, que després fa girar la turbina del generador.
El refrigerant líquid que circula pel receptor transporta el vapor fins a l'acumulador de calor. Normalment, les obres són vapor d'aigua amb una temperatura de 550 graus, aire i altres substàncies gasoses amb una temperatura de fins a 1000 graus, líquids orgànics amb un punt d'ebullició baix - per sota de 100 graus, així com metall líquid - fins a 800 graus.
Segons la finalitat de l'estació, el vapor pot fer girar una turbina per generar electricitat o utilitzar-se directament en algun tipus de producció. La temperatura al receptor varia de 538 a 1482 graus.
La torre d'energia Solar One al sud de Califòrnia, una de les primeres d'aquest tipus, originalment produïa electricitat a través d'un sistema de vapor-aigua que produïa 10 MW. Després es va modernitzar i el receptor millorat, que ara treballava amb sals foses i el sistema d'emmagatzematge de calor, va esdevenir significativament més eficient.
Això va provocar un avenç en la tecnologia de concentració solar per a les centrals elèctriques de torre de bateries: l'energia en una central elèctrica d'aquest tipus es pot produir a demanda, ja que el sistema d'emmagatzematge de calor pot emmagatzemar calor fins a 13 hores.
La tecnologia de sal fosa permet emmagatzemar la calor solar a 550 graus, i ara es pot produir electricitat a qualsevol hora del dia i amb qualsevol clima. L'estació de torre "Solar Two" amb una capacitat de 10 MW s'ha convertit en un prototip de centrals industrials d'aquest tipus. En el futur, la construcció d'empreses industrials amb una capacitat de 30 a 200 MW per a grans empreses industrials.
Les perspectives són colossals, però el desenvolupament es veu obstaculitzat per la necessitat de grans àrees i els importants costos de construcció de torres a escala industrial. Per exemple, per col·locar una estació de torre de 100 megawatts es necessiten 200 hectàrees, mentre que una central nuclear capaç de produir 1.000 megawatts d'electricitat només necessita 50 hectàrees. Les estacions parabòliques-cilíndriques (de tipus modular) per a petites capacitats, en canvi, són més rendibles que les de torre.
Així, els concentradors de torre i canals parabòlics són adequats per a centrals elèctriques de 30 MW a 200 MW connectades a la xarxa. Els concentradors de disc modulars són adequats per a l'alimentació autònoma de xarxes que només requereixen uns quants megawatts. Tant els sistemes de torre com de llosa són cars de fabricar, però donen una eficiència molt alta.
Com podeu veure, els concentradors parabòlics ocupen una posició òptima com a tecnologia de concentració solar més prometedora per als propers anys.
Llegiu també sobre aquest tema: Desenvolupament de l'energia solar al món