El complejo contexto energético actual ha puesto de manifiesto la necesidad de una descarbonización progresiva y, al mismo tiempo, de un suministro de energía diversificado, seguro, competitivo y sostenible. Dentro de ese sistema energético, la energía solar de concentración tiene un papel importante, debido a su gestionabilidad a través de sistemas de almacenamiento. Sin embargo, para conseguir que este tipo de energía sea competitiva, es preciso reducir el coste de la energía generada, bien sea en forma de electricidad o en forma de calor. Esta reducción de costes puede conseguirse mediante un incremento de la eficiencia térmica del proceso o mediante una reducción de la inversión.
En este contexto, el grupo de investigación de Sistemas Térmicos y Energía Renovable de la ETSI Industriales de la UNED, en colaboración la fundación IMDEA–Energía, ha desarrollado un diseño novedoso de receptor solar, que puede ser aplicado tanto para plantas termosolares de torre como para sistemas Fresnel, y que emplea como fluido de trabajo un gas presurizado o un fluido supercrítico. En el primer caso, la instalación está pensada para la producción de electricidad -y eventualmente, calor de proceso a alta temperatura-, mientras que, en el segundo caso, la aplicación final es producción de calor para procesos industriales. Este nuevo diseño de receptor solar se encuentra patentado y se han realizado estudios teóricos y experimentales sobre el mismo.
En qué se basa el funcionamiento de este receptor
El receptor se basa en el empleo de estructuras compactas en configuración radial, especialmente adecuadas cuando el fluido de trabajo es un gas presurizado o una fase supercrítica, ya que este tipo de geometrías favorecen la transmisión de calor, al aumentar la superficie de contacto sólido-fluido.
En la patente se propone, además, que estas estructuras presenten una compacidad creciente a medida que el fluido se calienta, mejorando de este modo la transmisión de calor cuando las características térmicas del fluido son peores o el flujo de radiación solar concentrada incidente es mayor. Esta particularización permite no penalizar la pérdida de carga -que aumenta al aumentar la compacidad-, restringiendo la mejor transmisión de calor únicamente a las zonas del panel absorbedor en las que sea necesario.
Qué ventajas ofrece este nuevo receptor solar
Respecto a la estructura radial, se pueden citar tres ventajas claras. En primer lugar, la pseudo-cavidad prismática formada entre dos paneles consecutivos actúa como una “trampa solar”, reduciendo las pérdidas de calor hacia el exterior. En segundo lugar, en esta cavidad, con una estrategia de apunte adecuada, el máximo de flujo solar concentrado se sitúa en la zona interna del panel próxima al eje de la torre o del sistema Fresnel; como esta zona es la de menor factor de visión respecto al exterior, se reducen sus pérdidas de calor al exterior. La tercera y última característica se refiere al área de superficie absorbedora expuesta a la radiación solar, que aumenta en las configuraciones radiales frente a receptores más convencionales, como los receptores externos en los sistemas de torre central o receptores trapezoidales en los sistemas lineales Fresnel. Además, en el caso de receptor central en configuración radial, el panel absorbedor se encuentra irradiado por ambos lados, lo que reduce el gradiente térmico a través de su espesor.
Para el caso de plantas termosolares de torre, la aplicación más interesante es la producción de electricidad mediante un acoplamiento a un ciclo de potencia de CO2supercrítico. Este tipo de plantas permite reducir el coste de la electricidad generada mediante un incremento de la eficiencia global de la planta, por lo que se consideran la tercera generación de plantas termosolares. En el caso de sistemas lineales Fresnel, la aplicación más interesante es la producción de calor para la industria. Esta aplicación representa un importante nicho de mercado para la energía solar, ya que aproximadamente un tercio del consumo total de energía es en forma de calor para procesos industriales; y, por otro lado, el uso de sistemas de concentración solar, solos o hibridados, permitiría la descarbonización progresiva de la industria.
