Un concentrador solar és un dispositiu dissenyat per enfocar i concentrar la radiació solar, i la seva aplicació pot ser tant en la generació denergia solar tèrmica com en la generació denergia solar fotovoltaica.
El seu funcionament es basa en la utilització de superfícies reflectores, típicament formades per una sèrie de miralls disposats en un arranjament alineat. La finalitat principal daquests concentradors solars és capturar la major quantitat de radiació solar possible i dirigir-la cap a un receptor de dimensions reduïdes.
En el context de l'energia solar tèrmica a escala més gran, aquesta radiació solar concentrada s'empra per escalfar un fluid tèrmic, com aigua o oli, per tal de generar vapor. El vapor resultant impulsa turbines de vapor, transformant així la radiació solar en energia mecànica mitjançant per accionar un generador elèctric o fer un treball físic.
D'altra banda, els concentradors solars també troben aplicacions a l'àmbit de l'energia solar fotovoltaica. En aquest cas, en lloc de generar calor, la radiació solar concentrada incideix directament en cèl·lules fotovoltaiques d'alta eficiència.
Principi de funcionament
Els concentradors solars es basen en el principi de concentrar la llum solar en un punt o al llarg duna línia per augmentar la intensitat de la radiació solar incident en aquest punt. Això s'aconsegueix mitjançant la reflexió dels raigs solars fent servir miralls o lents. Quan la llum solar es concentra al punt focal o al llarg d'una línia, es pot utilitzar per generar calor o electricitat, depenent del tipus de concentrador.
En el cas dels concentradors solars tèrmics, com els de disc parabòlic, la llum solar concentrada es fa servir per escalfar un fluid tèrmic. Aquest fluid pot ser aigua, oli o altre mitjà, i es fa servir per generar vapor que impulsa una turbina connectada a un generador elèctric.
En canvi, els concentradors solars fotovoltaics concentren la llum solar en cèl·lules fotovoltaiques, que converteixen la radiació solar en electricitat directament.
Tipus de concentradors solars
Hi ha diversos tipus de concentradors solars, cadascun dissenyat per optimitzar la captura de la llum solar de manera diferent.
Els principals tipus de concentradors inclouen:
Concentrador solar de disc parabòlic
Aquest tipus de concentrador utilitza una sèrie de miralls parabòlics que concentren la llum solar a un punt focal. En aquest punt, es col·loca una canonada que conté un fluid tèrmic, com a oli, que s'escalfa i s'utilitza per generar vapor, impulsant una turbina que produeix electricitat.
Els concentradors solars de disc parabòlic són ideals per a aplicacions de generació denergia a gran escala i sutilitzen comunament en plantes denergia solar termosolar.
Concentrador solar lineal Fresnel
El principal avantatge dels concentradors lineals Fresnel és la seva capacitat per ser utilitzats en aplicacions de baixa i alta temperatura, cosa que els fa versàtils.
Concentrador solar parabòlic de canal compost
Aquest disseny és semblant al concentrador de disc parabòlic, però utilitza un canal en comptes d'un punt focal per recollir la llum solar. Això permet que es faci servir per a aplicacions de refrigeració solar, a més de la generació d'energia.
Concentrador solar Solar Trough
Un concentrador solar Solar Trough és una variant del concentrador de disc parabòlic, dissenyat per ser més assequible i fàcil d'instal·lar. Està especialment indicat per a la generació d'energia en aplicacions descentralitzades, com ara instal·lacions industrials i comercials.
Sistema actiu de seguiment del sol
En el cas de concentradors solars de menor escala, es pot garantir un seguiment eficaç del sol mitjançant l‟aplicació directa d‟un sistema de tracking al concentrador. No obstant això, a mesura que augmenta la mida dels concentradors solars, poden sorgir deformacions a la superfície parabòlica que n'afecten el funcionament.
Per abordar aquest desafiament, es recorre a la utilització d'un o més miralls plans intermediaris coneguts com a heliòstats. Aquests heliòstats ajuden a mantenir la reflexió solar al punt focal del concentrador, fins i tot quan es presenten deformacions a la superfície, garantint així un funcionament òptim del sistema.
Aplicacions dels concentradors solars
Lús més habitual és la generació delectricitat. No obstant això, també hi ha altres tècniques per aprofitar l'energia tèrmica directament.
1. Generació d'electricitat
La generació delectricitat és laplicació més utilitzada dels concentradors solars. Per això es pot aconseguir de dues maneres:
-
Generar vapor i accionar turbines de vapor.
-
Mitjançant un motor Stirling connectat a un generador elèctric.
De vegades també s'utilitza aquesta tècnica per alimentar cèl·lules fotovoltaiques. Aleshores són instal·lacions d'energia solar fotovoltaica.
2. Cuines solars
Amb petits concentradors 3D es poden fer cuines solars. El concentrador pot tindre entre 80 cm i 2 metres. A la zona focal es col·loca una “hornalla” on es recolza el recipient amb els continguts a preparar.
3. Aplicacions industrials
Els concentradors solars permeten aprofitar l'energia solar en múltiples aplicacions industrials, com ara la indústria metal·lúrgica, la fosa de metalls, la producció de vapor per a la indústria química i la calefacció de processos.
4. Desalinització d'aigua
Els concentradors solars es poden utilitzar per escalfar l'aigua de mar i generar vapor, que després es condensa per obtenir aigua dolça. Això és especialment útil a regions amb escassetat d'aigua.
5. Calefacció residencial i comercial
Els sistemes de concentradors solars també s'utilitzen per proporcionar calefacció i aigua calenta en edificis residencials i comercials, cosa que redueix la dependència de combustibles fòssils.
Avantatges
Els concentradors solars ofereixen diversos avantatges significatius en comparació dels sistemes solars convencionals que no utilitzen concentració:
-
Major eficiència: En concentrar la llum solar, els concentradors augmenten leficiència de la conversió denergia solar en electricitat o calor. Això permet una generació denergia més eficient, especialment en àrees amb alts nivells de radiació solar.
-
Menor ús de materials: Com que es requereixen menys panells solars o cèl·lules fotovoltaiques per generar la mateixa quantitat d'energia, els concentradors solars poden ajudar a reduir la quantitat de materials necessaris a la instal·lació.
-
Emmagatzematge tèrmic: Els concentradors solars tèrmics permeten l'emmagatzematge de calor, cosa que facilita la generació d'electricitat durant la nit o en dies ennuvolats. Això resol un dels reptes principals de l'energia solar intermitent.
-
Aplicacions múltiples: Els concentradors solars es poden utilitzar tant per a la generació d'electricitat com per a aplicacions de calefacció i refrigeració solar, cosa que n'augmenta la versatilitat.