La generación de energía solar térmica ofrece una opción valiosa hacia formas de energía más limpias. Entre las tecnologías solares térmicas se encuentran los sistemas de torre de energía solar (SPT). Un SPT típico consta de varios helióstatos, la torre de energía y el sistema de generación de energía.

Las principales ventajas de esta tecnología son la alta eficiencia de conversión general y soportar las altas temperaturas de trabajo. Esto se aprecia, especialmente, cuando el HTF es una sal fundida que puede alcanzar hasta 1200 ° C. Tiene una gran capacidad de almacenamiento, de ahí que estas instalaciones se las conozca como centrales termosolares con almacenamiento de energía.

🎛 Los heliostatos

Un helióstato es un conjunto de espejos que se mueven sobre dos ejes para mantener el reflejo de los rayos solares sobre un punto concreto. Se trata de captar la máxima radiación solar y proyectarla sobre un receptor situado en el centro sobre una torre.

Los helióstatos están compuestos por varios espejos accionados independientemente. Cada heliostato refleja la concentración de la radiación solar hacia el área efectiva de un receptor. Los receptores se fabrican con materiales como cerámica o aleaciones metálicas, que pueden soportar las temperaturas elevadas sin dañarse. Los helióstatos suelen ser espejos planos o ligeramente cóncavos, cada uno con un sistema de seguimiento individual de dos ejes. Los helióstatos son de gran importancia para el diseño del sistema y la operación de una central termosolar. Estos equipos representan aproximadamente el 50% del coste de la instalación.

Otros sistemas de generación de energía termosolar que emplean heliostatos son los sistemas de colectores cilindroparabólicos, y los sistemas lineales de Fresnel

El origen

Se han realizado muchos experimentos de óptica buscando que un haz de luz solar reflejado por un espejo atraviese una serie de instrumentos cuidadosamente instalados. Sin embargo, el Sol tiene un movimiento continuo aparente. Este describe su circulación diaria visible alrededor de un eje, y se aprecia uno de los pequeños círculos de la esfera celeste.

En los días del equinoccio de primavera y otoño, este círculo coincide con el ecuador celeste. Resultando un cono descrito por el rayo se convierte en un plano. Por el contrario, en verano e invierno, durante los solsticios, estos círculos serán más pequeños, y los conos más agudos. Inspirados en los movimientos de los rayos solares se colocan los campos de heliostatos. Los heliostatos son dispositivos en los que el mecanismo del reloj gira el espejo para que el rayo reflejado de él mantenga su dirección original durante mucho tiempo.

Para lograr su cometido, los helióstatos hacen uso del principio de reflexión óptica. Para poder lograr esto, suele contar con sistema de seguimiento en dos ejes, de forma tal que sea capaz de realizar dos movimientos: el cenital y el azimutal, los cuales se llevan a cabo con respecto al zenit y al azimut respectivamente.

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Los receptores de la luz enviada por los heliostatos

En cuanto a los receptores, hay dos tipos principales de receptores: los receptores volumétricos y los receptores tubulares. En su versión más simple, un HTF absorbe calor en el receptor y luego lo transfiere al sistema de generación de energía a través de un intercambiador de calor intermedio. Hay plantas piloto que han implementado DSG en lugar de un HTF. Otros casos se utilizan sales fundidas, ya que pueden servir también como medio de almacenamiento de calor.

Los principales problemas relacionados con los sistemas SPT incluyen la alta incertidumbre sobre la vida útil del receptor dadas las condiciones extremas a las que está sometido, los fenómenos de corrosión provocados en el receptor por las sales fundidas a altas temperaturas, las tensiones térmicas y la fatiga de los materiales.

Las torres solares alcanzan altas relaciones de concentración. Por lo tanto, se utilizan principalmente en aplicaciones a gran escala. En la aplicación más común, la energía se produce mediante un ciclo Rankine de agua / vapor convencional.

En términos del área de apertura del campo solar, los sistemas de torres de energía tienen la generación de energía específica más pequeña por unidad de área de campo solar. Algunas plantas también implementan un ciclo de Brayton o un ciclo combinado en lugar del ciclo de Rankine.

En el caso de que la torre de energía esté impulsando un ciclo Brayton, el aire presurizado se calienta mediante el receptor de la torre y se alimenta directamente a la cámara de combustión de la turbina de gas (GT) a una temperatura cercana a los 1000 ° C.

La cámara de combustión también se alimenta con gas natural para mejorar aún más la temperatura de entrada de la turbina y así maximizar la eficiencia del GT. La adición del gas natural permite descuidar la intermitencia de la radiación solar y garantizar un funcionamiento estable del GT. Dependiendo del diseño y la configuración del sistema, la fracción solar puede oscilar entre el 40% y el 90% según Hoffschmidt.

Los HTF más comúnmente aplicados en un sistema SPT son los siguientes:

  • Agua
  • Sales fundidas
  • Aire

El uso de sales fundidas tiene ventajas debido al hecho de que no son tóxicas, no inflamables y tienen mejores propiedades de almacenamiento de calor que el agua. Hoy en día, estos sistemas SPT logran eficiencias térmicas y eléctricas brutas en el rango del 30% al 40% .

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