Un campo de heliostatos es una superficie con un número elevado de estos componentes diseñados para la obtención de nergía solar. Los heliostatos son espejos que se mueven sobre dos ejes y que sirven para dirigir los rayos solares que inciden sobre ellos en una determinada dirección. El principal objetivo de los campos de helióstatos es concentrar la energía solar en un punto focal.
Las superficies reflectantes llevan incorporado un sistema de seguimiento para variar el ángulo del rayo reflejado de acuerdo al movimiento diurno del Sol. El propósito es que la radiación se concentre siempre en el mismo punto independientemente de la posición del Sol.
Los helióstatos están acoplados en dos ejes normalmente en montura altacimutal, es decir, uno se mueve en vertical y el otro en horizontal.
🎛 ¿Qué es un heliostato solar?
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.
Un proyecto para el desarrollo de heliostatos en 2023
El proyecto LEIA tien por objetivo el despliegue comercial de la próxima generación de plantas de energía solar térmica de concentración más innovadoras, fiables e inteligentes. Su nombre procede de los terminos ingleses,soLar fiEld measurements to Improve performance. Su investigación trata en la búsqueda de nuevas soluciones de control y operación y mantenimiento para la tecnología de receptor central que utiliza sales fundidas. Esta se considera la solución rentable, más prometedora y con mayor potencial de desarrollo.
LEIA agrupa a siete centros de investigación y empresas de España y Alemania con experiencia en el ámbito de la energía termosolar de concentración. Los participantes son: CIEMAT a través de la Plataforma Solar de Almería, el Centro Nacional de Energías Renovables (CENER), Acciona, Tewer, Siemens Energy, el Instituto de Investigación Aeroespacial Alemán (DLR) y CSP Services. Además, participan en el consorcio otras entidades como la asociación Protermosolar, Estela, ACSP, UNE, Sandia National Laboratory y Cerro Dominador.
Las soluciones tecnológicas que se desarrollen, durante los próximos tres años, se probarán en la Plataforma Solar de Almería, en CENER y en la mayor planta de torre construida en América del Sur.
La planta de Cerro Dominador en Chile tiene 110 MWe y 17,5 horas de almacenamiento térmico. Además, el proyecto tiene previsto diferentes desarrollos tecnológicos que se encuadran en tres grupos: soluciones sobre el control del campo de heliostatos inteligentes para automatizar y mejorar su calibración y caracterización; soluciones sobre el control de receptores inteligentes para medir la temperatura del receptor, la emitancia y la distribución de la alta irradiancia solar.
Por último, las estrategias sobre el control de la operación y mantenimiento del campo solar, como la inspección automatizada de la suciedad y un sistema de gestión inteligente de la energía.
¿Donde puedo ver un campo de heliostatos en España?
Un buen lugar para visitar un campo de heliostatos en España es en la Plataforma Solar de Almería (PSA)en medio de montañas y tierras áridas. El desierto de Tabernas, en la provincia de Almería, acoge el mayor centro de investigación, desarrollo y ensayos de tecnologías solares de concentración a nivel mundial.
Otra forma más cómoda es mediante el documental Ciencia Maps, que es una coproducción de RTVE Play y FECYT. Esta serie documental nos propone un viaje al interior de las instalaciones de este centro de investigación.
Gracias a los rayos de Sol, a su calor y a cientos de espejos y a la tecnología, un grupo de científicos explican entorno al campo de heliostatos el funcionamiento de esta central termosolar. Explican cómo sacar provecho a la energía solar para conseguir un mundo que funcione con energías limpias y renovables.
Las torres de energía SPT dentro del campo de heliostatos solares
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.
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.
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: el agua, las sales fundidas y el 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% .
