Una central solar tèrmica, també coneguda com a central termosolar, és una instal·lació industrial dissenyada per aprofitar la radiació solar i transformar-la en energia elèctrica.
Tot i que el principi de funcionament és similar al de les centrals tèrmiques convencionals, difereix en un aspecte fonamental: la font de calor utilitzada no és d'origen fòssil, sinó que es basa en l'energia solar.
Com funciona una central termosolar?
El funcionament de les centrals termosolars es basa en lobtenció de calor de la radiació solar i transferir-la a un mitjà portador de calor que generalment és aigua.
Per aconseguir elevar la temperatura de laigua als alts nivells desitjats sha de concentrar la màxima radiació solar en un punt. D'aquesta manera, es poden obtenir temperatures de 300ºC a 1000ºC que servirà per generar vapor. Com més gran sigui la temperatura més gran serà el rendiment termodinàmic de la central solar tèrmica.
L'acumulació d'energia tèrmica es fa servir per produir vapor que pugui accionar les turbines de vapor. Amb el moviment de les turbines es transfereix energia mecànica als generadors elèctrics per generar electricitat.
Sistemes de concentració d'energia solar
La captació i concentració dels raigs solars es fan per mitjà de miralls amb orientació automàtica que apunten a una torre central on s'escalfa el fluid. Algunes centrals termosolars utilitzen mecanismes més petits de geometria parabòlica com poden ser els col·lectors cilindre parabòlics.
El conjunt de la superfície reflectora i el dispositiu d'orientació s'anomena heliòstat.
Cicles termodinàmics
En les configuracions experimentals, es fan servir diversos fluxos i cicles termodinàmics.
Aquests cicles abasten des del cicle Rankine, que s'utilitza a centrals nuclears i centrals tèrmiques de carbó, fins al cicle Brayton, comú a centrals de gas natural. A més, s'han desenvolupat nombroses variants, com ara el motor Stirling. Entre els cicles més freqüents, hi ha aquells que integren l'energia termosolar amb el gas natural.
Eficiència d'una central termoelèctrica
L'eficiència d'un sistema de concentració d'energia solar dependrà dels factors següents:
- La tecnologia utilitzada per convertir lenergia solar en energia elèctrica.
- La temperatura de funcionament del receptor de calor.
- Les pèrdues tèrmiques al sistema.
- La presència o absència daltres pèrdues del sistema
A més de leficiència de conversió, el sistema òptic que concentra la llum solar també afegeix pèrdues addicionals.
L'eficiència de conversió màxima per als sistemes de tipus torre d'energia, que funcionen a temperatures de 250-565 graus Celsius, és del 23-35%. Amb una turbina de cicle combinat leficiència és superior.
L'eficiència dels sistemes Dish Stirling, que operen a temperatures de 550-750 graus Celsius (277-477 graus Kelvin), ofereixen una eficiència al voltant del 30%.
A causa de la variació en la incidència del sol durant el dia, l'eficiència de conversió mitjana assolida no és igual a aquestes eficiències màximes. Les eficiències netes anuals denergia solar a electricitat són del 7-20% per als sistemes pilot de torres denergia, i 12-25% per a sistemes de plats Stirling.
Efectes mediambientals
- Ús de terreny: Les centrals termosolars, especialment les que utilitzen tecnologia de col·lectors cilindroparabòlics o discos parabòlics, requereixen grans extensions de terreny per albergar els reflectors solars. Això pot resultar en la conversió dhàbitats naturals en àrees industrials. En algunes regions, la instal·lació de centrals a terres agrícoles d'alta qualitat pot desplaçar la producció d'aliments i plantes collibles.
- Impacte a la fauna: Les centrals solars tèrmiques poden atraure insectes, aus i altres animals a causa de la calor generada pels reflectors. Això pot augmentar el risc de col·lisions i lesions per a la fauna circumdant, cosa que ha portat a la implementació de mesures de mitigació, com a sistemes de dissuasió d'aus.
- Consum d'aigua: Algunes plantes requereixen aigua per a la refrigeració i el funcionament dels sistemes. El consum d‟aigua pot ser significatiu i, en regions amb escassetat d‟aigua, això planteja preocupacions sobre la disponibilitat d‟aquest recurs vital.
- Eficiència de conversió: L'eficiència de conversió de l'energia solar en electricitat a les centrals solars tèrmiques pot variar i, en alguns casos, és inferior a la d'altres tecnologies d'energia solar, com ara els panells solars fotovoltaics.
- Impacte Visual i Paisatgístic: Les centrals solars tèrmiques, especialment aquelles amb grans camps de miralls o reflectors, poden canviar el paisatge local i tenir un impacte visual significatiu a les àrees circumdants.
Principals centrals termosolars del món
A continuació, presentem una selecció d'algunes de les centrals solars tèrmiques més destacades al món, destacant-ne la ubicació, capacitat de producció elèctrica i una breu descripció de les seves característiques clau.
| Central solar tèrmica | Ubicació | Producció elèctrica (MW) | Descripció |
|---|---|---|---|
| Ivanpah Solar Electric | Califòrnia, EUA. | 392 MW | La central Ivanpah és una de les centrals solars tèrmiques més grans del món, que utilitza tecnologia de torre solar amb miralls heliòstats per concentrar la llum solar en tres torres. Està ubicada al desert de Mojave i proporciona electricitat a milers de llars. |
| Solana Generating Station | Arizona, EUA. | 280 MW | Solana és una de les centrals més grans del seu tipus al món i utilitza tecnologia de col·lectors cilindroparabòlics amb emmagatzematge de calor en sals foses. Proporciona electricitat a la xarxa elèctrica d´Arizona. |
| Crescent Dunes Solar Energy Center | Nevada, EUA. | 110 MW | Aquesta central utilitza tecnologia de torre solar amb sals foses com a mitjà demmagatzematge tèrmic. És una de les primeres plantes daquest tipus amb emmagatzematge denergia a gran escala. |
| Shouhang Dunhuang Solar Thermal Power Plant | Xina | 100 MW | Aquesta central utilitza col·lectors cilindroparabòlics per generar electricitat i també compta amb emmagatzematge tèrmic de sals foses. És un projecte important per al desenvolupament de lenergia solar a la Xina. |
| Gemasolar | Sevilla, Espanya | 19.9 MW | Gemasolar és una central de torre solar amb emmagatzematge de sals foses que destaca per la seva capacitat per generar electricitat durant 24 hores al dia. És un exemple de la innovació en tecnologia demmagatzematge denergia solar. |