Els concentradors solars són dispositius que capten i concentren la llum solar en una àrea petita per convertir-la en energia tèrmica o elèctrica. La idea és captar més llum en menys espai, usant tècniques de concentració.
Per aconseguir aquest propòsit, es fa servir miralls o lents que enfoquen la llum en un punt o línia específica. Són molt usats en plantes denergia solar de concentració, que sovint es troben en àrees de molt sol.
Però, quins tipus hi ha i en què es diferencien?
1. Concentradors cilíndric-parabòlics
Aquest tipus de concentrador és dels més comuns i àmpliament utilitzats al món de l'energia solar de concentració.
Imagina una mena de canal llarg amb forma d'U que es va corbant per crear una paràbola, com un mirall llarg i corbat. Aquest canal o col·lector té miralls a la superfície interna que concentren la llum en una línia.
Com funciona?
La llum solar incideix sobre els miralls i, a causa de la forma parabòlica, es concentra en un tub receptor que es troba just al focus de la paràbola. Dins aquest tub hi sol haver un fluid de transferència de calor (com un oli especial) que s'escalfa amb la llum concentrada. Aquesta calor es pot utilitzar directament o per produir vapor que faci funcionar una turbina i generi electricitat.
Aquests concentradors són ideals en zones on el sol es troba a una alçada força constant, ja que només necessiten seguiment en un eix per seguir la posició del sol. La seva eficiència és molt alta, però estan limitats a capturar la llum solar directa, és a dir, no funcionen tan bé en dies ennuvolats.
Els concentradors cilíndrico-parabòlics típicament arriben a temperatures de fins a 400°C, cosa que permet generar vapor a pressió per moure turbines i produir electricitat. Aquest tipus de planta també permet emmagatzemar energia tèrmica en sals foses, cosa que significa que pot continuar generant electricitat fins i tot després de la posta de sol.
Exemple
La planta solar Solana a Arizona, EUA, és un dels exemples més grans d'una instal·lació que utilitza concentradors cilíndric-parabòlics.
Aquesta planta té una capacitat de 280 MW, suficient per proveir delectricitat a aproximadament 70,000 llars.
2. Concentradors Fresnel lineals
Semblats als anteriors, els concentradors lineals Fresnel també utilitzen una estructura lineal, però en lloc de fer servir un mirall parabòlic corbat, empren una sèrie de miralls plans o gairebé plans col·locats en diferents angles.
Aquests miralls estan organitzats en files i enfoquen la llum solar en un tub receptor, ubicat a una distància elevada sobre els miralls.
L'avantatge dels Fresnel sobre els parabòlics és que són més senzills i econòmics de construir, perquè els miralls plans són menys costosos que els miralls corbs. També permeten una disposició compacta, així que podeu instal·lar més unitats en un espai limitat.
Tot i això, la seva eficiència és una mica menor, ja que el disseny pla no concentra la llum amb tanta precisió com una paràbola. Aquests concentradors requereixen menys manteniment, però igual que els cilíndric-parabòlics, depenen de la llum solar directa.
Els concentradors Fresnel lineals solen assolir temperatures entre 250°C i 300°C i tenen un disseny una mica més simple. Són més compactes que els concentradors cilíndric-parabòlics i poden ser instal·lats en terrenys plans o lleugerament inclinats.
Exemple
La planta solar Puerto Errado 2 a Calasparra, Espanya és un exemple notable d'una planta solar amb concentradors Fresnel lineals. Amb una capacitat de 30 MW, aquesta instal·lació aprofita la tecnologia Fresnel per generar electricitat a una regió d'alta irradiació solar.
3. Concentradors de torre solar
Aquests són impressionants i sovint cridaners per la seva mida i disseny. En lloc de miralls corbs o plans alineats en un canal, les torres solars usen una gran quantitat de miralls anomenats heliòstats, que envolten una torre central.
Cada heliòstat està controlat individualment per seguir el sol i reflectir la llum cap al cim de la torre, on hi ha el receptor.
El receptor a la torre és un contenidor que conté un fluid especial, sovint sals foses, que poden assolir temperatures extremadament altes. Aquestes sals calentes es fan servir després per generar vapor i moure una turbina que genera electricitat.
Un dels punts forts d'aquest sistema és que les sals poden emmagatzemar calor durant diverses hores, cosa que permet generar electricitat fins i tot després que es pongui el sol.
Les torres solars tenen una eficiència molt alta i són capaces de generar grans quantitats denergia, però requereixen una gran inversió inicial i estan destinades a grans plantes en àrees clares amb alta irradiació solar. A causa de la necessitat d'un espai gran i un sistema de seguiment avançat, les torres solars no són tan comunes com els concentradors lineals.
Les torres solars poden assolir temperatures superiors als 565°C gràcies a l'ús de sals foses com a mitjà de transferència de calor. Aquesta alta calor permet emmagatzemar l'energia tèrmica durant diverses hores, per tant les plantes amb torres solars poden oferir electricitat fins i tot quan el sol ja no brilla. Això les converteix en una opció competitiva davant de les fonts d'energia tradicionals, amb una eficiència d'emmagatzematge del 85-90%.
Exemple
La Planta Solar Ivanpah a Califòrnia, EUA, és la torre solar més gran del món, amb una capacitat total de 392 MW. Utilitza més de 170.000 heliòstats, cadascun amb dos miralls, per concentrar la llum solar en tres torres receptores.
4. Concentradors de disc parabòlic
Aquests funcionen de manera similar a una antena parabòlica, i en cert sentit, fins i tot s'assemblen a una. Són concentradors més petits i normalment es fan servir en sistemes independents o més petits, no en plantes de generació a gran escala.
El concentrador de disc parabòlic utilitza un mirall parabòlic en forma de plat per concentrar la llum solar en un sol punt focal, on hi ha un receptor. A diferència dels concentradors cilíndric-parabòlics, que concentren la llum al llarg d'una línia, els discos parabòlics ho fan en un punt, cosa que permet assolir temperatures molt altes.
Un avantatge dels discos parabòlics és que poden funcionar amb un motor Stirling, que és un tipus de motor que converteix la calor en moviment, sense necessitat de vapor ni turbines.
Aquests motors són especialment útils en aplicacions descentralitzades, on l'energia generada es pot fer servir de forma immediata o emmagatzemar-se.
També tenen una eficiència força alta, però solen ser més costosos i requereixen un sistema de seguiment solar de dos eixos.
Els concentradors de disc parabòlic poden assolir temperatures de fins a 750 ° C, ja que concentren la llum solar en un sol punt. Això els fa ideals per operar motors Stirling, que converteixen la calor directament en electricitat sense necessitat d'una turbina. Cada unitat de disc parabòlic genera entre 3 i 25 kW.
Exemples
El projecte de discos parabòlics Big Dish a Canberra, Austràlia, (el de la imatge) és un exemple d'una instal·lació a escala més petita.
5. Concentradors lents Fresnel
Aquest tipus de concentrador utilitza una lent Fresnel en lloc de miralls. Les lents Fresnel són lents planes fetes de múltiples anells concèntrics que permeten concentrar la llum en un punt sense necessitar tant gruix com una lent convencional. Són conegudes perquè permeten concentrar la llum en un disseny compacte i lleuger.
Són més utilitzades en aplicacions solars fotovoltaiques en lloc de tèrmiques. És a dir, la llum concentrada es fa servir directament per generar electricitat mitjançant cèl·lules solars.
Aquests sistemes solen utilitzar-se en instal·lacions de petita a mitjana escala i en aplicacions portàtils, com en vehicles i edificis. Encara que són més econòmics que altres concentradors, la seva eficiència és una mica més baixa i estan subjectes a sobreescalfaments, per la qual cosa sovint requereixen un sistema de refredament.