En la búsqueda de soluciones más sostenibles y amigables con el medio ambiente, la energía solar juega un papel fundamental. Cada vez más empresas están desarrollando tecnologías innovadoras para aprovechar al máximo la energía solar, y una empresa francesa ha destacado en este campo. Esta empresa ha creado paneles solares que no solo pueden generar electricidad, sino también calor.
¿Pueden los paneles solares térmicos generar electricidad?
Los sistemas de energía solar térmica utilizan la energía solar concentrada para generar electricidad. Estos sistemas tienen colectores de energía solar con dos componentes principales: reflectores que capturan y enfocan la luz solar en un receptor. En la mayoría de los sistemas, un fluido de transferencia de calor se calienta y circula en el receptor, y se utiliza para producir vapor. El vapor se convierte en energía mecánica en una turbina, que impulsa un generador para producir electricidad.
Los sistemas de energía solar térmica también pueden tener un sistema de almacenamiento de energía térmica que permite que el sistema de recolección de energía solar caliente un sistema de almacenamiento de energía durante el día, y el calor del sistema de almacenamiento se utiliza para producir electricidad por la noche o durante el clima nublado. Además, estos sistemas también pueden ser híbridos y utilizar otros combustibles, como el gas natural, para complementar la energía solar en periodos de baja radiación solar.
Tipos de plantas de energía solar térmica concentrada
Existen tres tipos principales de sistemas de energía solar térmica concentrada:
Sistemas de concentración lineal
Los sistemas de concentración lineal utilizan espejos largos y rectangulares en forma de U para capturar la energía solar. Los espejos enfocan la luz solar en receptores que recorren la longitud de los espejos. La luz solar concentrada calienta un fluido que fluye a través de los tubos. El fluido se envía a un intercambiador de calor para hervir agua en una turbina convencional de vapor y generar electricidad. Los sistemas de concentración lineal pueden ser sistemas de canal parabólico o sistemas de reflector lineal de Fresnel.
Los sistemas de canal parabólico tienen tubos receptores posicionados a lo largo de la línea focal de cada espejo parabólico. Por otro lado, los sistemas de reflector lineal de Fresnel tienen un tubo receptor posicionado sobre varios espejos para permitirles mayor movilidad para seguir al sol.
Estos sistemas tienen un gran número de colectores en paralelo, alineados típicamente de norte a sur para maximizar la recolección de energía solar. Esta configuración permite que los espejos sigan al sol de este a oeste durante el día y concentren la luz solar de manera continua en los tubos receptores.
Troughs parabólicos
Un colector de canal parabólico tiene un reflector largo en forma de parábola que enfoca los rayos del sol en un tubo receptor ubicado en el foco de la parábola. El colector se inclina con el sol para mantener la luz solar enfocada en el receptor a medida que el sol se mueve de este a oeste durante el día.
Debido a su forma parabólica, un canal parabólico puede concentrar la luz solar hasta 100 veces su intensidad normal en el tubo receptor, lo que permite alcanzar temperaturas de funcionamiento superiores a los 750°F.
Los sistemas de canal parabólico se utilizan en la planta de energía solar térmica más antigua del entorno, el Sistema Generador de Energía Solar (SEGS), ubicado en el Desierto de Mojave en California. Esta planta ha tenido nueve instalaciones separadas a lo largo del tiempo, con la primera planta, SEGS I, operando desde 1984 hasta 2015, y la segunda, SEGS II, operando desde 1985 hasta 201Las plantas SEGS III-VII (3-7), cada una con una capacidad de generación eléctrica neta de 36 megavatios (MW) en verano, se pusieron en funcionamiento en 1986, 1987 y 198SEGS VIII (8) y IX (9), cada una con una capacidad de generación eléctrica neta de 88 MW en verano, comenzaron a operar en 1989 y 1990, respectivamente. Las plantas SEGS 3, 4, 5, 6, 7 y 8 cesaron su funcionamiento en 2021, dejando solamente en funcionamiento a SEGS 9 a partir del 31 de diciembre de 202
Además de SEGS 9, las otras plantas de energía solar térmica de canal parabólico en funcionamiento en Estados Unidos a partir de diciembre de 2021, junto con su capacidad de generación eléctrica neta en verano, ubicación y año de inicio de operación son:
- Estación Generadora Solana: una instalación de dos plantas con una capacidad de 296 MW, que incluye un componente de almacenamiento de energía, ubicada en Gila Bend, Arizona, y que comenzó a operar en 201
- Proyecto Solar Mojave: una instalación de dos plantas con una capacidad de 275 MW en Barstow, California, que comenzó a operar en 201
- Proyecto de Energía Solar Genesis: una instalación de dos plantas con una capacidad de 250 MW en Blythe, California, que comenzó a operar en 2013 y 201
- Nevada Solar One: una planta de 69 MW cerca de Boulder City, Nevada, que comenzó a operar en 200
Reflectores lineales de Fresnel
Los sistemas de reflectores lineales de Fresnel (LFR) son similares a los sistemas de canal parabólico en el sentido de que los espejos (reflectores) concentran la luz solar en un receptor ubicado sobre los espejos. Estos reflectores utilizan el efecto de lente de Fresnel, que permite tener un espejo concentrador con una apertura grande y una longitud focal corta. Estos sistemas pueden concentrar la energía solar hasta aproximadamente 30 veces su intensidad normal. Los reflectores lineales de Fresnel compactos (CLFR), también conocidos como reflectores lineales de Fresnel concentrados, son un tipo de tecnología LFR que tiene múltiples absorbedores cerca de los espejos. Los múltiples receptores permiten que los espejos cambien su inclinación para minimizar el bloqueo del acceso a la luz solar de los espejos adyacentes. Esta posición mejora la eficiencia del sistema y reduce los requerimientos y costos de materiales. Se construyó una planta de energía solar de demostración CLFR cerca de Bakersfield, California, en 2008, pero actualmente no está operativa.
Torres de energía solar
Un sistema de torre de energía solar utiliza una gran cantidad de espejos planos y móviles, llamados heliostatos, para reflejar y concentrar la luz solar en un receptor en la parte superior de una torre. La luz solar puede ser concentrada hasta 1,500 veces. Algunas torres de energía solar utilizan agua como fluido de transferencia de calor. También se están experimentando diseños avanzados con sales de nitrato fundidas debido a sus capacidades de transferencia de calor y almacenamiento de energía superiores. La capacidad de almacenamiento de energía térmica permite que el sistema produzca electricidad durante el clima nublado o por la noche.
El Departamento de Energía de los Estados Unidos, junto con varias empresas de servicios públicos, construyó y operó la primera torre de energía solar de demostración cerca de Barstow, California, durante las décadas de 1980 y 1990. En 2021, había dos instalaciones de torres de energía solar en funcionamiento en Estados Unidos:
- Ivanpah Solar Power Facility: una instalación con tres campos y torres colectoras separadas, con una capacidad de generación eléctrica neta combinada de 393 MW en verano, ubicada en Ivanpah Dry Lake, California, que comenzó a operar en 201
- Proyecto de Energía Solar Crescent Dunes: una instalación de una torre con una capacidad de 110 MW y un componente de almacenamiento de energía en Tonopah, Nevada, que comenzó a operar en 201
Platos solares/motores
Los sistemas de plato solar/motor utilizan un plato reflector similar a una antena parabólica de gran tamaño. Para reducir costos, el plato reflector está compuesto generalmente por muchos espejos planos más pequeños formados en una forma de plato. La superficie en forma de plato dirige y concentra la luz solar en un receptor térmico, que absorbe y recoge el calor y lo transfiere a un motor generador. El tipo de motor de calor más común utilizado en los sistemas de plato solar/motor es el motor Stirling. Este sistema utiliza el fluido calentado por el receptor para mover pistones y generar energía mecánica. La energía mecánica alimenta un generador o alternador para producir electricidad.
Los sistemas de plato solar/motor siempre apuntan directamente al sol y concentran la energía solar en el punto focal del plato. La relación de concentración de un plato solar es mucho mayor que la de los sistemas de concentración lineal, y tiene una temperatura de trabajo superior a los 1,380°F. El equipo generador de energía utilizado con un plato solar puede montarse en el punto focal del plato, lo que lo hace muy adecuado para ubicaciones remotas, o la energía puede recolectarse desde varias instalaciones y convertirse en electricidad en un punto central.
Actualmente no hay proyectos de plato solar/motor a gran escala en funcionamiento comercial en Estados Unidos.
La empresa francesa ha desarrollado paneles solares que pueden generar electricidad y calor al mismo tiempo. Estos paneles utilizan tecnología de concentración solar térmica para aprovechar al máximo la energía del sol. Con diferentes tipos de sistemas de concentración, como los sistemas de canal parabólico, los reflectores lineales de Fresnel y las torres de energía solar, estos paneles pueden capturar y enfocar la luz solar para generar electricidad y producir calor utilizable en aplicaciones residenciales, comerciales e industriales. Esta innovación demuestra el potencial de la energía solar para satisfacer nuestras necesidades de energía de manera más sostenible y eficiente.
Consultas habituales
¿Los paneles solares térmicos son eficientes?
Sí, los paneles solares térmicos son eficientes en la conversión de la energía solar en calor utilizable. Utilizando tecnologías de concentración solar, estos paneles pueden capturar y enfocar la luz solar para generar temperaturas altas y producir calor para diversas aplicaciones.
¿Cuál es la ventaja de utilizar paneles solares que generan electricidad y calor?
La principal ventaja de utilizar paneles solares que generan electricidad y calor es que se aprovecha al máximo la energía solar. Además de generar electricidad, estos paneles también pueden proporcionar calor utilizable para aplicaciones como calefacción de agua o sistemas de calefacción y refrigeración.
¿Cuál es el costo de los paneles solares térmicos?
El costo de los paneles solares térmicos puede variar dependiendo del tamaño del sistema y la tecnología utilizada. Sin embargo, a largo plazo, estos paneles pueden ayudar a reducir los costos de energía al aprovechar una fuente de energía gratuita y renovable, como la energía solar.
Los paneles solares térmicos desarrollados por una empresa francesa representan un avance significativo en la tecnología de energía solar. Estos paneles pueden generar electricidad y calor al mismo tiempo, utilizando tecnologías de concentración solar para maximizar la captura de energía solar. Con diferentes tipos de sistemas de concentración, como los sistemas de canal parabólico, los reflectores lineales de Fresnel y las torres de energía solar, estos paneles ofrecen una solución sostenible y eficiente para satisfacer nuestras necesidades de energía. Con el creciente interés en las energías renovables, los paneles solares térmicos son una opción prometedora para reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles y mitigar los efectos del cambio climático.