Menu

Panells d'energia
solar fotovoltaica

Instal·lació d'energia solar tèrmica

Planta d'energia solar
termoelèctrica

Concentrador solar

Concentrador solar

Un concentrador solar és un sistema de concentració d'energia solar que s'utilitzen per convertir l'energia solar en energia tèrmica. El seu funcionament es basa en l'explotació de la reflexió dels raigs solars obtinguts a través de superfícies reflectants (substancialment de miralls), amb la finalitat de concentrar-se en un receptor de mida continguda. Similar a una lupa enfocando la seva llum en un punt, els concentradors reflecteixen la llum solar per mitjà d'un arranjament de miralls alineats cap a un objectiu capaç de captar aquesta energia per al seu aprofitament.

En general, la calor es converteix en energia mecànica per mitjà d'un motor tèrmic (típicament una turbina de vapor) al qual es connecta l'eix d'accionament (ja sigui de manera integral o mitjançant una transmissió mecànica).

En un sistema de concentració solar, en comparació amb els col·lectors solars plànols clàssics, s'obtenen els següents avantatges:

  • Energia: expressable en termes d'eficiència de conversió solar-tèrmica (ja que les pèrdues per convecció i radiació són directament proporcionals a l'àrea del receptor, que per definició és més petita que l'àrea del reflector). D'acord amb les lleis de la termodinàmica.
  • Econòmic: els costos de construcció es mouen principalment en les superfícies reflectants i en els dispositius senyaladors relatius.

Tipus de concentradors solars

Hi ha dos tipus de concentradors solars que permeten maximitzar el rendiment de la instal·lació solar:

  • Els concentradors solars parabòlics cilíndrics. Aquests concentradors tenen una curvatura única; per aquest motiu se'ls anomena concentradors "2D" per ser de "dues dimensions". Aquest sistema permet obtenir temperatures mitjanes a l'entorn focal de 200-300 ºC.
  • Els concentradors solars paraboloides de revolució. Aquests concentradors tenen una doble curvatura. Per aquest motiu se'ls anomena concentradors "3D" o de tres dimensions. Aquests sistemes permeten temperatures encara superiors als 3000 ºC.

El seguiment del sol

Una de les dificultats d'aquests sistemes basats en concentradors solars, és garantir a tota hora del dia, que la radiació solar incideixi paral·lelament a l'eix del paraboloide.

Per a això es necessita un sistema de seguiment del moviment aparent del sol (tracking) guiat per un sistema de control. Aquest sistema està bàsicament format per un col·limador o tub estret al que ingressa la radiació, que posseeix en el fons una cel·la fotovoltaica. Quan el concentrador està ben orientat cap al sol, la radiació arriba al fons del tub del col·limador, i la cèl·lula fotovoltaica genera electricitat. Quan això no passa es genera un gir del concentrador fins a tornar a establir la tensió de la cel·la.

En concentradors solars petits, com el d'una cuina solar, aquest seguiment del moviment aparent del sol pot garantir amb un sistema de tracking aplicat directament al concentrador (o fins i tot pot ajustar la seva posició a mà cada x temps).

Però en concentradors solars de grans dimensions la tecnologia es complica. En aquests casos apareixen deformacions de la superfície parabòlica que afecten el funcionament.

En aquests casos es recorre a un o més miralls plans intermediaris, anomenats heliòstats.

Un sistema concentrador té llavors dues reflexions: La primera, de la llum solar a la superfície reflectant del heliòstat, i després aquest raig reflectit torna a reflectir-se en el concentrador passant per l'entorn focal. Aquestes dues reflectividades fa que hi hagi pèrdua d'intensitat, ja que en cada pas hi ha un percentatge de la radiació solar que no es reflecteix (s'absorbeix o es refracta).

No obstant això, els beneficis de moure els heliòstats plànols superen aquesta pèrdua de reflectivitat.

Aplicacions dels concentradors solars

Les aplicacions dels concentradors solars són múltiples. L'ús més habitual és la generació d'electricitat, però també hi ha plantes solars que aprofiten la radiació solar per usar-la en la indústria metal·lúrgica o fins i tot, es poden utilitzar per crear cuines solars.

Generació d'electricitat

La generació d'electricitat és l'aplicació més utilitzada dels concentradors solars. Per a això es poden utilitzar indistintament concentradors solars 2D o 3D, però les tecnologies són diferents.

En el cas dels concentradors solars en 2D un fluid confinat circula per canonades que coincideixen amb l'entorn focal escalfant a temperatures d'uns 200 ºC i convertint-se en vapor.

D'altra banda, en els concentradors solars en 3D, l'electricitat es genera, col·locant a la zona focal una màquina tèrmica capaç de convertir calor en electricitat, per exemple, un motor Stirling de cicle confinat d'hidrogen.

Cuines solars

Amb petits concentradors 3D poden realitzar cuines solars. El concentrador pot tenir entre 80 cm i 2 metres. A la zona focal es col·loca una "fogó" on es dóna suport al recipient amb els continguts a preparar.

Aplicacions industrials

Els concentradors solars permeten aprofitar l'energia solar en múltiples aplicacions industrials, com, per exemple, en la indústria metal·lúrgica.

Les altes temperatures assolides en l'entorn focal en grans concentradors 3D permeten aprofitar-los per a aplicacions metal·lúrgiques com ara l'obtenció d'aliatges per a la indústria.

    Història dels concentradors solars

    Ja en l'antiguitat, es diu que Arquimedes de Siracusa va aconseguir repel·lir als romans, que van intentar assetjar la ciutat siciliana de la mar, mitjançant l'ús de concentradors solars rudimentaris obtinguts d'escuts de bronze polits.

    Especialment a finals del segle XIX i principis del segle XX moltes màquines es van construir amb sistemes de concentració solar. Aquest enfocament positiu cap a un ús extensiu de l'energia solar, però, es va aturar a causa del adveniment del petroli i la Primera Guerra Mundial, i després es va reprendre a principis dels anys 70 després de la crisi del petroli de 1973.

    Fins a la data, vam passar d'una fase de prova a una precomercialització de plantes de CSP, principalment per a la producció d'electricitat. També està emergint una nova classe de plantes de concentració anomenada CPV (de fotovoltaica concentrada en anglès), capaç d'aprofitar al màxim i fer que l'ús de cèl·lules fotovoltaiques d'alta eficiència, com les cèl·lules de múltiples unions, sigui avantatjós.

    valoración: 3 - votos 1

    Última revisió: 21 de febrer de 2018

    Tornar