Centrales Solares Fotovoltaica Termicas

 

Centrales Solares Fotovoltaica, Térmicas y Sistemas de Almacenamiento . Irving Núñez1, Román Acosta2, Jhon Rodríguez3, Emanuel Jaén4, Giovani Flores5, Carlos Chirinos6,  1Licenciatura en Ingeniería Telecomunicaciones Telecomunicaciones-Electrica -Electrica

– Facultad de Ingeniería Ing eniería Eléctrica – Universidad Tecnológica Tecnológica de Panamá

Resumen  En este documento se presenta una investigación de las energías renovables que se están desarrollando en el planeta, y debido a que han comenzado a investigar estos temas. En el fondo denota que todo lo que hacemos a nuestro alrededor necesita algún tipo de energía o recurso energético, de ahí la importancia del tema. Más tarde se determinó que las energías renovables son las relacionadas con la energía del sol y se ha investigado y realizado un análisis de las diversas fuentes de desarrollo tecnológico moderno y de energía limpia con el objetivo de ayudar a planear el cambio climático y generar nuevas fuentes de energía porque tradicionalmente tradicionalmente un futuro quizás no muy lejano podría desaparecer. Palabras Claves: Almacenamiento de energía térmica, sistema de calor latente, sistema de calor sensible, sistema de materiales de cambio de fase.

Abstract  In this paper an investigation of renewable energy that are developing on the planet, and because they have begun to investigate these issues is presented. In the background denotes that everything we do around us need some kind of energy or energy resource hence the importance of the topic. Later determined that renewables are those related to energy from the sun and an analysis of the various sources of modern and clean energy technological development have been researching and performing with the aim of helping is to planet on climate change and generate new energy sources because traditional on a perhaps not too distant future could disappear. Keywords  Thermal energy storage (TES), Sensitive heat system (SHS), Latent heat system (LHS), Phase change materials systems (PCM system)

Introducción

Las Centrales Solares Termoeléctricas son sin duda una de las tecnologías energéticas renovables que pueden hacer un aporte considerable de electricidad no contaminante en el medio plazo. La tecnología solar termoeléctrica consiste en el empleo de la radiación solar incidente sobre la superficie terrestre para el calentamiento de un fluido que se hace  pasar posteriormente por una etapa de turbina, bien directamente, en las configuraciones sólo-primario, o a través de un sistema de intercambio térmico con otro fluido que circula por la turbina en la configuración conocida como  primario-secundario. Tras la etapa compuesta por los equipos propiamente solares, concentrador óptico y receptor solar, este esquema tiene muchas similitudes con las tecnologías termoeléctricas convencionales basadas en la conversión mecánica del calor, y ulteriormente la generación eléctrica, en un alternador a partir de un movimiento mecánico rotativo. Básicamente, La energía solar térmica se basa en un principio muy simple: aprovechar el calor de los rayos del sol para calentar un líquido y producir cale-

facción, refrigeración o electricidad. Este informe tiene como objetivo informar al lector sobre las energías renovables que se están utilizando actualmente en distintas regiones del mundo a diferentes escalas para la  producción de energía. En este informe nos enfocaremos en dos tipos un de mismo producción de energía las cuales aprovechan recurso (el sol),renovables pero con métodos y sentidos diferentes. Estos tipos de energía se pueden obtener por medio de una central solar térmica o una central solar fotovoltaica. En ellas se abarcarán distintos puntos los cuales van desde sus orígenes; hasta su situación actual y futura. Además, analizaremos los sistemas de almacenamientos, en esta ocasión, nos enfocaremos en los sistemas de almacenamientos para baterías y vehículos eléctricos, como también para el almacenamiento térmico. Las Centrales Solares Termoeléctricas Termoeléctricas son sin duda una de las tecnologías energéticas renovables que pueden hacer un aporte considerable de electricidad no contaminante en el medio plazo. La tecnología solar termoeléctrica termoeléctrica consiste en el empleo de la radiación solar incidente sobre la superficie terrestre para el calentamiento de un fluido que se hace pasar  posteriormente por una etapa de turbina, bien directamente, en las configuraciones sólo-primario, o a través de un sistema de intercambio térmico con otro fluido que circula por la turbina en la configuración conocida como primario-secun-

 

dario. Tras la etapa compuesta por los equipos propiamente solares, concentrador óptico y receptor solar, este esquema tiene muchas similitudes con las tecnologías termoeléctricas convencionales basadas en la conversión mecánica del calor, y ulteriormente la generación eléctrica, en un alternador a  partir de un movimiento mecánico rotativo. Básicamente, La energía solar térmica se basa en un principio muy simple: aprovechar el calor de los rayos del sol para calentar un líquido y producir calefacción, refrigeración o electricidad. 1. Orig Origen en de la ener energí gía a

En los Sistemas (SST)agua se aprovecha la energía radiante Solares del sol Térmicos para calentar o cualquier otro fluido que posteriormente será utilizado en diversas aplicaciones. La energía solar térmica es una solución que presenta numerosas ventajas, entre las cuales se  pueden citar: Su fuente de energía primaria, el sol, es siempre gratuita y abundante. Los sistemas solares térmicos presentan un rendimiento de conversión energética de radiación disponible a energía útil mayor al 50%, siendo uno de los factores de conversión más altos entre las diferentes energías renovables.  No genera emisiones de gases de efecto invernadero, y a su vez reemplaza o complementa tecnologías que utilizan combustibles fósiles. Cualquier sistema solar térmico consta de dos componentes esenciales: el colector y el tanque acumulador. El colector se encarga de transformar la energía solar en calor y calentar un fluido que circula en su interior. El tanque acumulador se encarga de almacenar ese fluido caliente para su posterior uso en aplicaciones de agua caliente sanitaria, climatización, procesos industriales o cualquier otro uso. Ambos componentes principales, el colector y el tanque acumulador, forman un sistema cuyo acoplamiento se define de forma específica para cada aplicación y caso de uso. Dependiendo del tipo o la clasificación del sistema solar

gigavatios (GW) en el 2008 a casi 20 GW en la actualidad. Esto es suficiente para abastecer a 4 millones de casas estadounidenses o proporcionar a las ciudades de Austin y Seattle de sus necesidades energéticas durante un año. En los próximos años, la clasificación de los mayores  productores de energía solar va a cambiar significativamente. La energía solar está tomando impulso en grandes países como la India y los EE.UU., lo que predice un gran salto en la escena global.

3.

Ev Evol oluc ució ión n Hist Histór óric ica a

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térmicoo(circulación natural o forzada, abierto cerrado, directo indirecto), es posible alimentar una oomás aplicaciones con ellos. 2.

Pote Potenc ncia iall de de la la eene nerg rgía ía

Primero, hay buena oferta de energía solar. Según Solar Thermal, nuestro sol produce 400,000,000 trillones de vatios de energía cada segundo y se cree que este va  permanecer así otros otros 5 mil millones millones de años. Por otro lado, los mercados de esta industria se están desarrollando rápidamente por todo el mundo y en varios estados de EEUU como California, Hawaii, Texas y Minnesota, esta ya tiene un precio muy similar a las fuentes de energía convencionales como la quema de carbón (criticada por las emisiones de gases de efecto invernadero que provoca). De hecho, las autoridades informan que las instalaciones solares han incrementado el suministro de energía de 1.2

Al contrario que con la energía solar fotovoltaica, es difícil precisar el momento en que el ser humano em pezó a aprovechar para su beneficio la energía solar térmica. El calor del sol ha sido un elemento muy cotidiano desde siempre y habitualmente empleado por el hombre desde la prehistoria. Acciones tan sencillas como secar la ropa al sol o simplemente calentarse exponiéndose a los rayos solares son actividades que ya implican un aprovechamiento solar térmico. Desde la Edad Antigua al Renacimiento:

Ya desde la antigüedad se inventaron artefactos capaces de hacer un uso útil de la radiación solar. Quizá unos de los primeros sistemas de aprovechamiento solar térmico de que se tiene información fueron los empleados para  producir fuego por medio de la concentración concentración solar. solar. Así griegos y romanos ya en el siglo III a.C. eran ca paces de prender las antorchas de los rituales religiosos  por medio de unos recipientes en forma parabólica con el interior reflejante (llamados Skaphia Skaphia   en griego). El funcionamiento de este artefacto era sencillo. Bastaba con exponerlo los días soleados para que la radiación se concentrara en su alcanzando altasantorcha temperaturas. En el momento en foco el que se ponía una en el foco esta prendía en pocos segundos. En una época en la que se estaba lejos de entender la naturaleza de la radiación solar, la generación de fuego de esta forma era considerado un prodigio digno de los dioses. Segunda mitad del S XVIII y S XIX:

Un hecho fundamental en la historia de la energía solar térmica la protagonizó en naturalista Suizo Horace de Saussure en 1767 cuando inventó lo que él denomino “caja caliente”. Saussure era conocedor del efecto invernadero que se produce en todo espacio cerrado que cuenta con una apertura acristalada por donde entra la radiación solar y decidió potenciar al máximo el efecto  para comprobar hasta qué temperaturas se lograban alcanzar. Para ello dispuso una caja acristalada con el interior pintado de negro. Todas las caras, excepto la acristalada, contaban con una capa de aislante que retenía el

 

calor producido en su interior. De esta forma logró alcanzar temperaturas de hasta 109 ºC. Horacio de Saussure había inventado el colector solar que tendrá una determinante repercusión en el desarrollo de la energía solar térmica de baja temperatura. A partir de su invento surgirán todos los desarrollos posteriores de calentadores solares de agua de placa plana que han  proporcionado agua caliente caliente a millones de personas en el mundo.

útil a mayor temperatura, usualmente entre los 100 y 300 °C. • Colectores de alta temperatura. Trabajan a temperatemperaturas superiores a los 500ºC. Se usan usan para la generación de energía eléctrica.  El esquema básico de una instalación de energía solar térmica es el siguiente:

Sin embargo, estesistemas invento no supuso el origen cony el tiempo de los de solo calentamiento de agua aire a baja temperatura, sino que también dio pie al nacimiento de los hornos solares. En definitiva los hornos solares no son mas que colectores solares o más  propiamente dicho “cajas calientes” con muy ligeras adaptaciones para permitir la cocción de alimentos. Otro personaje importante en el desarrollo de la energía solar térmica fue el ingeniero francés Auguste Mouchot con sus modelos de concentradores solares. Ya en 1861 aportó un nuevo modelo de cocina solar. Este consistía en un depósito negro recubierto de vidrio el cual era expuesto al sol. Para concentrar más la radiación solar, un espejo cilindroparabólico reflejaba la radiación solar hacia el lado del cilindro no expuesto al sol. De esta forma en el interior del recipiente negro se alcanzaban altas temperaturas con las que cocinar. Lamentablemente estos exitosos inventos no tuvieron el apoyo debido ni apenas continuidad debido a que la extracción del carbón se perfeccionó y abarató y con ello la energía solar fue abandonada para fines industriales.

Figura No.1

Esquema de instalación

El principio de funcionamiento de este tipo de instalacioinstalaciones solares es muy similar existen dos aplicaciones principales de la energía solar térmica. En estas centrales termosolares se concentra la radiación solar en un punto  para generar vapor, con el vapor se acciona una turbina de vapor conectada a una generador eléctrico. El genera-

El sistema de captación de radiación solar está formado  por captadores solares conectados entre sí. La función de estos paneles es captar la energía solar para transformarla en energía térmica, aumentando la temperatura de fluido que circula por la instalación. Existe una gran cantidad de sistemas de captación de la radiación solar. La elección de un sistema u otro dependerá principalmente de si se trata de instalaciones térmicas solares de baja, media o alta temperatura. Entre los distintos sistemas de captación solar destacamos:

dor eléctrico es el encargado de transformardelauna energía mecánica en electricidad. El funcionamiento central termosolar es muy similar al de una central térmica o una central nuclear. La diferencia radica en la forma de generar calor para obtener vapor. En una central térmica el calor proviene de la combustión de combustibles fósiles(normalmente carbón), en una centra nuclear el calor se obtiene fisionando el núcleo de átomos de uranio y, finalmente, en una central termosolar el calor se obtiene gracias a la radiación solar. Los colectores de energía solar térmica son los encargados de captar la energía térmica de la radiación solar. Estos colectores solares se clasifican como colectores de  baja, media y alta temperatura dependiendo de su forma de trabajar.

El captador solar plano. Se trata del captador solar más extendido, se pueden obtener aumentos de temperatura de 60 grados centígrados a un coste reducido. Se utiliza en  plantas solares térmicas térmicas de baja temperatura. Los captadores solares térmicos no vidriados. Es frecuenfrecuente, por ejemplo, para calentar el agua de piscinas. El aumento de temperatura es bajo, en torno a 30 grados Celsius. Son más económicos que los captadores solares  planos. Los captadores solares de vacío. Consisten en tubos de metal que recubren el tubo metálico que contiene el fluido de trabajo dejando entre ambos una cámara que actúa como aislante. Tienen un rendimiento muy elevado, pero su costo también es elevado.

•temperaturas Colectores de baja Proveen calor útil a menores de temperatura. 65 grados Celsius. • Colectores de temperatura media. Son los disposidispositivos que concentran la radiación solar para entregar calor

Los captadores de concentración de la radiación. Se solares utilizancon parasistemas instalaciones que requieren temperaturas más elevadas. Se utilizan paneles en formas  parabólicas o semi-cilíndricas. semi-cilíndricas.

4.

Tecno ecnolo logí gía a y Com Compo pone nent ntes es

 

Los captadores solares térmicos con sistemas de seguimiento de la posición del Sol. Su posición e inclinación va variando al largo del día para mantener una posición  perpendicular a la la radiación solar recibida. Tipos de centrales Las chimeneas solares son centrales eléctricas consistentes en una gran superficie de terreno cubierta de vidrio o  plástico transparente transparente que tiene en el centro una chimenea de gran altura. En la base de la chimenea se disponen unos aerogeneradores.

electricidad. Mientras en las centrales de combustibles fósiles se logra quemando carbón o derivados del petróleo, las centrales solares concentran los rayos del Sol  para así obtener altas temperaturas. temperaturas.

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Funcionamiento –

En los días de Sol, los rayos solares atraviesan la superficie de plástico y recalientan el suelo y la masa de aire sobre este. El aire caliente se dilata y se hace más ligero generándose así una brisa en dirección a la chimenea. Conforme el aire se aproxima a la chimenea aumenta  progresivamente su velocidad y su temperatura llegando a ser ambos valores máximos en la base de esta. El aire en movimiento se canaliza entonces por la chimenea en forma de potente chorro y transfiere su energía cinética a los aerogeneradores que la transforman en electricidad.

Existen dos tipos principales de centrales solares termoeléctricas en función del tipo de captador solar que em plean: las centrales con captadores cilindroparabólicas y las centrales solares de concentración en torre. 1. Centrales con captadores cilindroparabólicos cilindroparabólicos  

En este tipo de centrales se emplea un tipo de captadores de forma cilíndrico parabólica recubiertos de material reflectante en su parte interna y en cuyo eje focal esta dispuesto una tubería con fluido caloportador. caloportador. Funcionamiento – Cuando los rayos del sol inciden so bre el captador se reflejan y se concentran en la tubería situada en el eje focal la cual alcanza temperaturas de entre 300 y 400 grados. El fluido del interior de la tu bería se bombea entonces hacia un depósito de calor donde queda almacenado. Este calor es luego aprovechado para producir el vapor que mueve las turbinas que generan energía eléctrica.  eléctrica.  Para optimizar la captación de la radiación solar directa, estos captadores cuentan con un sistema se seguimiento

de un aparente eje para orientar el captador la trayectoria del Sol siempre en el cielo y captarenuna mayor cantidad de energía.

Figura No.2

Torre de concentración Esquema de fun-

cionamiento.

Centrales de este tipo están ya instaladas o en construcción en diversas partes del mundo. Las instalaciones construidas más grandes se encuentran en Estados Unidos en el desierto de Mojave, las llamadas SEGS (siglas del término en inglés “Solar Electric Generating Station”. Estación solar de generación eléctrica en es pañol). Se trata de 9 centrales de diversos tamaños y  potencias que juntas juntas suman un total de 354 MW. MW. En Kuraymat (Egipto) se está construyendo una planta híbrida que combina la fuente solar con la combustión de gas que tendrá una potencia total de 150 MW MW.. En España en Aldeire (Granada) para el verano/Otoño de 2008 esta prevista la inauguración de ANDASOL I, en 2009 se prevé la apertura de ANDASOL II y en un momento indeterminado ANDASOL III. Estas tres centrales contarán con una capacidad de generación de 50 MW cada una.

Figura No.3 namiento 

Torre de concentración esquema de funcio-

Las centrales solares termoeléctricas de concentración 

Esta forma de generación eléctrica solar emplea en buena parte del proceso la misma tecnología que las centrales de combustibles fósiles. Difiere de estas básicamente en la forma de obtener el calor necesario para producir

 

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 Potencial de estas centrales

La energía solar termoeléctrica podría suministrar el 6% de la demanda de electricidad global en 2030 y alcanzar el 12% en 2050, si se dan las condiciones adecuadas, según se

  Figura No.4 Cilindro concentrador Parabólico

2. Las ce central ntrales es sol solares ares de conc concentra entración ción een n torr torree

Este tipo de centrales esta conformado por un campo de helióstatos (espejos orientables) y de una torre receptora. En lo alto de la torre se dispone una apertura que contiene un receptor con material absorbente colatransportador colatransportador (hasta ahora se han empleado sodio liquido, vapor de agua saturado, sales nitrato fundido o aire).

recoge en el informe  Energía Solar Termoeléctrica, Perspectiva Mundial 2016  elaborado  elaborado por Greenpeace Internacional, SolarPaces y Estela (Asociación Europea de la Industria Solar Termoeléctrica)  Termoeléctrica)  Para los autores del informe, y teniendo en cuenta el ritmo actual, será imposible limitar el aumento de la temperatura global a 2ºC tal y como se definió en el Acuerdo de París, por lo que la UE necesita revisar con urgencia sus objetivos y fijar nuevas metas, limitando la temperatura global a 1,5º C con metas del 40% de reducción de emisiones de gases  para el año 2030 con respecto a niveles de 1990. Esto sólo será posible con una firme descarbonización del sector energético y un mayor incremento del consumo de energía renovable. El sector termoeléctrico apunta a capacidades instaladas de dos dígitos en los próximos cinco años.  años. 

Ahora es esencial que la Unión Europea, Estados Unidos, Australia y otras regiones actúen para eliminar las barreras que hoy impiden que los proyectos de energía solar ter moeléctrica alcancen su máximo potencial y que pasa por que los responsables energéticos de los países del cinturón solar distingan entre “valor” y “precio” a la hora de incorporar Los días soleados la radiación incide sobre el campo de nueva capacidad de generación.  generación.  helióstatos. Cada uno de estos helióstatos, gracias a su El potencial de esta tecnología se puede ver reflejado en el mecanismo de seguimiento de dos ejes, adopta una in-  proyecto marroquí, Noor 1,  inaugurado recientemente en clinación y una orientación especifica dependiendo de 3 Marruecos. Este proyecto de 160 MW ha impulsado la factores: La inclinación y el azimut solar (variables a lo economía local y reducirá las emisiones de Marruecos en largo del día en el movimiento aparente del Sol) y su 240.000 toneladas anuales, según estimaciones del Ministerio  posición relativa con respecto a la torre central. La fina- de Energía marroquí. Pero Noor 1 no es más que la primera lidad de esta orientación especifica es la de lograr que fase del proyecto termoeléctrico Noor. Hay planes para otras cada helióstato refleje el mayor tiempo posible la radia- dos fases que ya están en desarrollo. Una vez completado, ción solar que recibe hacia el receptor de la torre. De  Noor será la mayor planta de producción de energía solar en esta manera se logra la concentración de la radiación el mundo con 580 MW.  MW.  solar en un solo punto en el cual llega a alcanzar eleva- El potencial de la energía solar termoeléctrica para satisfacer dísimas temperaturas de hasta 4000 grados centígrados. la demanda mundial de electricidad es enorme. El análisis El fluido caloportador transfiere la energía hasta un de- realizado en el informe muestra que esta tecnología podría  pósito donde queda almacenada. Este calor es luego abastecer hasta el 12% de las necesidades energéticas proyecaprovechado para producir vapor y mover las turbinas tadas en el mundo en 2050.  2050.  que generan energía eléctrica. Incluso bajo supuestos de escenarios moderados en relación al futuro desarrollo del mercado, la capacidad de energía solar térmica en todo el mundo ascendería aproximadamente a 20 GW en 2020 y 800 GW en 2050, con un despliegue de 61 GW/año. Esto representaría alrededor del 5% de la demanda mundial en 2050. 

2015 fue un año de retos y cambios para la energía termosolar lar.. La capacidad operativa mundial aumentó en 420 MW para alcanzar cerca de 4,8 GW a finales de año. El año fue un punto de inflexión en la expansión de un mercado que, hasta la fecha, ha sido una partida entre dos jugadores: España y Estados Unidos representan casi el 90% de la capacidad instalada. Pero la cosa está cambiando, hacia finales del 2015

Figura No.5 Torre de

concentración en parque de helióstatos 

varias instalaciones estaban en construcción en Australia, Chile, China, India, Israel, México, Arabia Saudita y Sudáfrica. De hecho, en 2015, Marruecos y Sudáfrica superaron a Estados Unidos en nueva capacidad añadida.  añadida.  A pesar de todo, España y Estados Unidos lideran este mercado que encabeza España con una capacidad acumu-

 

lada de 2,3 GW, seguida de Estados Unidos, con 1,7 GW.. La diferencia es que mientras el mercado español perGW

manece inactivo, EEUU sigue avanzando poco a poco. El año  pasado hay que anotar la planta de Crescent Dunes, de 110 MW, propiedad de SolarReserve y contruida por ACS Cobra.

Fruto de este reparto del mercado mundial de energía termosolar,, Estados Unidos y España se reparten también el 90% mosolar de los puestos del Top 10 de las mayores plantas termosolares del mundo. Estados Unidos lidera el ranking, con cinco  plantas en el Top querepresentantes, copan los cinco primeros lugares; España cuenta con10, cuatro y Marruecos, con la  planta Noor I  cierra esta clasificación de las mayores termosolares por capacidad instalada. Utilizando los datos recopilados por PowerWeb, el ranking de los países con más capacidad instalada para la generación de energía solar es:

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La India empezó a desplegar la energía solar a gran escala en 2011, se prevé que hagan grandes avances en la generación para 2020, con el Banco Mundial aportando mil millones de dólares en préstamos sólo en este año. Su auge solar acaba de comenzar, el gobierno apunta a tener una capacidad instalada de 100 GW para 2022. Como un país en desarrollo, la energía solar también desempeña un gran papel en la calefacción o la purificación del agua en muchas regiones de la India. Además, los precios especialmente bajos para esta energía, por están lo quesiendo el gobierno está cancelando los proyectos de construcción de varias centrales eléctricas de carbón.  •

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China (130.4 GW).

Francamente, China deja mucho que desear en materia de medio ambiente. Esta percepción es algo que  puede explicar por qué sus recientes esfuerzos no han recibido mucha atención, a pesar de que el país amplió su capacidad solar engenerar un 81 un % 20 el año El país tiene como objetivo % depasado. su energía de fuentes renovables para 2030. En el año 2014, el país representaba hasta un 70 % de la capacidad solar térmica total instalada en el mundo. Recientemente, China activó la planta solar flotante más grande del mundo.

India (57,4 GW).

Alemania (48.4 GW).

Alemania ha protagonizado los titulares en los últimos años por sus compromisos en relación a la energía renovable. Su estrategia Energiewende, tiene como objetivo asegurar que, para 2050, el país obtenga al menos el 60 % de su energía de fuentes renovables como parte de su campaña para reducir las emisiones de carbono. Es el país líder en Europa en energías renovables, Alemania Alemania cuenta con casi 30 plantas de generación fotovoltaica, cada las el cuales 20 MW anuales. Y, al una igualdeque Reinogenera Unido,al elmenos país está batiendo sus  propios récords solares solares este año.  5. Características técnicas de la energía y centrales 

La generación de energía eléctrica mediante la tecnología térmica solar es más eficiente durante más tiempo. La energía Estados Unidos tiene la tecnología, el talento y las con- solar termoeléctrica permite un mayor equilibrio a menor cosdiciones ambientales que se requieren para el despliegue to, como la eólica. Es capaz de satisfacer tanto la demanda de la energía solar a gran escala (sin mencionar la de-  pico como la carga base. Es una fuente de electricidad que no manda cada vez mayor). Pero el apoyo político a las emite gases efecto invernadero y se adapta perfectamente a energías renovables ha sido irregular, y con Trump reti- diversas zonas del mundo con fuerte irradiación solar como el rando a Estados Unidos del Acuerdo de París, el futuro sur de Europa, norte de África y Oriente Medio, África del Sur, India, China, Sur de EE UU U U y Australia. de la energía solar en algunos Estados Unidos ser En los últimos diez años, la energía solar termoeléctrica se ha  bueno. Sin embargo, estados está han lejos fijadodeunas grandes metas en relación a la energía renovable en ge- expandido rápidamente convirtiéndose una de las soluciones neral, y a la solar en particular. Actualmente, Estados más fiables de generación de energía. El volumen anual del Unidos alberga muchas de las instalaciones solares más mercado de generación solar termoeléctrica fue de alrededor grandes del mundo, así instalaciones domésticas muy de 3.000 millones de dólares en 2015. Y mientras en 2006 la avanzadas. EE.UU. está consiguiendo bajar los precios capacidad instalada era de solo 0,5 GW ahora es de casi 5 GW. El sector termoeléctrico apunta a capacidades instaladas cada año.  de dos dígitos en los próximos cinco años. Cabe destacar que, los paneles solares fotovoltaicos sólo son eficaces durante las horas diurnas y el almacenamiento de la electricidad no es tan Japón (63,3 GW). eficiente como en las plantas térmicas porque el almaceCon tecnología e industria, Japón fue uno de los prime- namiento de calor de la energía solar térmica es un método ros en desarrollar la energía solar a gran escala y conti- mucho más fácil y eficaz, pues el calor puede ser almacenado núa innovando en el sector, con el objetivo de que la durante el día y luego convertido en electricidad por la noche. energía solar cubra el 10 % de la demanda energética del Esto lo hace más apropiado para la producción de energía a gran escala. Estados Unidos y España se reparten el 90% de los puestos de  país para 2050. las mayores plantas termosolares del mundo, Estados Unidos lidera el ranking, con las cinco principales centrales termosolares del mundo: •

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Estados Unidos (85.3 GW).

 

Ivanpah.. 392 MW. Estados Ivanpah Estado s Unidos  

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Tres enormes huertos solares en medio del desierto de Mojave, que comparten los estados de Nevada y California, componen el complejo Ivanpah,  la mayor planta solar térmica del mundo, que ocupa un área de 13 kilómetros cuadrados a solo 60 kilómetros al sur de Las Vegas.  Vegas.   Y es que a plena capacidad, sus tres torres de 139 metros de altura y sus más de 300.000 espejos controlados por ordenador, pueden producir 392 MW, un

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suministro limpio equivalente neladas de dióxido de carbono aalreducir año o, 400.000 lo que estolo mismo, similar a quitar 72.000 vehículos de la circulación. Una aportación que ayudará al estado de California a acercarse a su objetivo, que no es otro que obtener el 33% de su electricidad de fuentes renova bles para el año año 2020.  2020.  La propiedad de Ivanpah se la reparten las compañías NR G En er gy, Br ig ht So ur ce Energy  y Google,  y es tan grande que por sí sola  proporciona el 30% de toda la energía energía solar generada en Estados Unidos.  Unidos.  A diferencia de la energía fotovoltaica, que convierte la radiación solar directamente en electricidad, esta instalación genera calor. calor. Los más de 300.000 espejos colocados en círculos concéntricos alrededor de las

Public Service (APS) suscribió un contrato a largo  plazo para adquirir el 100% de la potencia generada en la planta de Solana, para cumplir con el mandato de la Comisión Corporativa de Arizona (ACC) de que las eléctricas reguladas proporcionen el 15% de su electricidad a partir de energía renovable para el año 2025. APS pagarán cerca de 14 centavos de dólar por kWh.

tres torres y concentran solar recibida en reflejan una caldera situada enlala radiación parte de arriba de cada una de las torres, elevando la temperatura del agua que contiene a más de 1.000 grados Fahrenheit. Este calor hace girar las turbinas, que generan electricidad.   tricidad. El desierto del Mojave tiene unas características climáticas idóneas para este tipo de instalaciones, pues recibe luz solar durante 330-350 días al año, además de que su elevación y el aire seco potencian esas condiciones propicias. Alabada por su ingeniería, esta planta también ha sido muy criticada por su im pacto ambiental. ambiental.

capaz abastecer a aproximadamente hogares deldeestado de California y evitará la91.000 emisión de cerca de 223.440 toneladas de dióxido de carbono (CO2) anuales a la atmósfera, según ha señalado la compañía.   compañía. La electricidad que se genera en Mojave se suministra a Pacific Gas & Electric Company  durante los  próximos 25 años gracias al vigente acuerdo de compra de energía (PPA). El proyecto también contribuye al objetivo que California se ha marcado de lograr el 33% de la producción total de electricidad a  partir de fuentes fuentes renovables para el año 2020.  2020.  Durante su fase de construcción, la planta solar ha generado más de 2.200 puestos de trabajo y actualmente emplea permanentemente a cerca de 70 personas en actividades operacionales y de mantenimien-

Sistemas de Generación de Energía Solar (SEGS). 354 MW. Estados Unidos , es actualmente la planta

de energía operativa más grande del mundo, situada en elsolar Desierto de Mojave en California, EstaEstados Unidos. Actualmente cuenta con una capacidad instalada de 354 MW y genera 662 GWh de energía al año.  año.  Este gran proyecto combina nueve instalaciones solares, divididas en tres secciones: SEGS I-II (de 44 MW), SEGS III-VI (de 150 MW) y SEGS VIII-IX (de 160 MW). SEGS I-II comenzó a funcionar por  primera vez en 1986, SEGS III-VII en 1988 y SEGS VIII-IX en 1990. Sunray Energy  es propietaria de las instalaciones SEGS I-II, mientras que NextEra Energy Resources posee y opera las restantes, siendo distribuida toda la energía generada por la com pañía eléctrica Southern California Edison. •

lectores cilindro-parabólicos con almacenamiento de sales fundidas. Construida por la empresa española Abengoa Solar, tiene una capacidad total de 280 megavatios (MW) brutos, a partir de dos de 140 MW (neto 125 MW) generadores brutos de la turbina de vapor, que es suficiente para abastecer a 70.000 hogares evitando al mismo tiempo alrededor de 475.000 toneladas de CO 2 al año.  año.   La planta emplea una exclusiva tecnología de concentración de energía solar (CSP) desarrollada por Abengoa , y cubre un área 780 hectáreas. Arizona

Solana. 280 MW. Estados Unidos 

La estación de generación Solana es una planta termosolar cerca de Gila Bend , Arizona, a unas 70 millas (110 km) al suroeste de Phoenix , terminada en 2013. Cuando se encargó era la mayor planta de co-

Mojave Solar. 280 MW. Estados Unidos   Realizada por Abengoa, la planta Mojave Solar, tiene una potencia de 280 megavatios megavatios (MW) y esta situada en el desierto de Mojave, a 90 kilómetros al noreste de Los Ángeles, cerca de Barstow (California, EEUU). Mojave Solar produce energía limpia •

to.  to.  Genesis. 250 MW. Estados Unidos  El Proyecto de Energía Solar Génesis es una planta •

termosolar de cilindros parabólicos (CSP) de 250 megavatios patrocinada por NextEra Energy Resources, ubicada en el desierto de Mojave sobre una extensión de 780 hectáreas de la Oficina de Administración de Tierras, al este del condado de Riverside, California. La planta fue construida en el Desierto de Colorado a lo largo de una antigua ruta comercial utilizada durante miles de años, que atravesaba el desierto de Sonora y activaba el comercio entre el río Colorado y la costa. La planta de energía solar consta de dos secciones independientes de 125 MW (140 MW brutos) y cu bre extensión de 550 hectáreas. planta tiene una una capacidad de producción de 560La GWh anuales,  producción que se suministra a Pacific Gas & Electric a través de un contrato de compra de energia a largo plazo.

 

6.

Cos Costos tos d del el us uso o de la en energ ergía, ía, ccost osto o de inv invers ersión ión y operación de las centrales

Una central termosolar CCP tiene un coste variable en función de su ubicación, su configuración exacta, la selección de equipos y la potencia. Por término medio, una central termosolar CCP de 50 MW, la potencia más habitual de las plantas instaladas en España, ronda los 4.500.000  !/MW para  plantas sin almacenamiento térmico, y en torno a 6.000.000  para plantas capaces de almacenar unos 1000 MWh de en-

ción de los recursos tradicionales agotables (carbón, petróleo, gas natural y uranio). Lo que no cabe duda es que el petróleo está llegando –si no lo ha hecho ya– al punto en que se consume más que lo que se descubre y, por tanto, a partir de ese momento empiezan a disminuir sus reservas. Pero, además, esto está ocurriendo en el momento que se ha sumado de manera acelerada los países emergentes como China (1.300 millones de personas), India (1.100 millones), Indonesia (240 millones) y Brasil (180 millones), con lo cual el proceso de decrecimiento de la disponi bilidad de petróleo petróleo se acelera. En definitiva, no pueden haber más pretextos y ha llegado el momento en el que no es posible dilatar más tiempo las acciones de mitigación del cambio climático –ni de adaptación a él–, lo cual supone, entre otras medidas urgentes, frenar el consumo excesivo de materias escasas que son difíciles, por no decir imposibles, de reemplazar.

ergía térmica (unas 7 horas, a plena potencia).  Por supuesto, este coste indicado es una estimación, pero coincide con un  pequeño error con el coste de las plantas CCP construidas en España entre los años 2007 y 2013. Así, la construcción de una planta de 50 MW sin almacenamiento térmico supone unos 225.000.000  !, y unos 320.000.000 con un almacenamiento térmico basado en un sistema de sales inorgánicas fundidas capaz de contener algo más de 1000 MWh. Este coste incluye: Ingeniería del proyecto Permisos y licencias de construcción 8. Venta entaja jass e inc incon onve veni nien ente tess El suministro de todos los equipos El montaje y puesta en marcha  Las ventajas principales que presenta este tipo t ipo de tecnología Coste del terreno  son: Coste de las obras necesarias para la captación de Comercialmente disponible, más de 10.000 millones agua y su conducción hasta la planta de kWh de experiencia operacional; operan a una temperatura potencial de hasta 500°C (400°C comerCoste de la línea eléctrica desde la central hasta la subestación de enlace cialmente probados). Rendimiento anual comercialmente probado del 14% 7. Impac Impacto to m medioa edioambien mbiental, tal, socia social, l, econó económico mico y téc técde la producción solar eléctrica a la red. nico Costes de inversión y operación comercialmente  probados. La energía solar térmica es la fuente más económica y limpia Mejor empleo del terreno.  para refrigerar y dar calefacción al mundo y debido a los diDemanda de material más baja. versos impactos económicos y ambientales de los sistemas de Concepto híbrido probado. energías renovables, el aumento del uso de energía sostenible Capacidad de almacenamiento.  probablemente tendrá importantes consecuencias sociales también. Por ejemplo, el uso generalizado de los sistemas de presenta esta tecnología son: energía renovable puede conducir al aumento o a la disminu-  Las desventajas que presenta El uso de aceites como medios de transferencia de ción de las tasas de empleo en algunas regiones, en función de calor restringe las temperaturas de operación a su base industrial y si son totalmente dependientes de los 400°C, lo que origina calidades de vapor moderada. combustibles fósiles. Otros impactos sociales podrían incluir Utilización de mucho terreno y agua. Menor rendimiento que otros sistemas. mayor de doméstico elección dedelos consumidores en relación con un libertad proveedor energía; cambiar las relacioMayor complejidad mecánica que otros sistemas de nes políticas a nivel internacional a medida que ciertas nacioaprovechamiento de energías renovables. nes ponen fin a su dependencia de terceros para la energía, y Peligro por las altas temperaturas que se alcanzan. las mejoras esperadas en materia de salud, ya que cada vez más ciudadanos ya no están expuestos a los desechos peligropeligro9. Sit Situac uación ión a actu ctual al y de desar sarro rollo lloss futuro futuross sos y a las emisiones asociadas con los combustibles fósiles.La tarea colectiva más importante que debería tener la socie- Actualmente, la capacidad total instalada de centrales eléctridad humana actual es disminuir radicalmente la cantidad de cas termosolares ha alcanzado los 5,000 MW. Para el 2020 la combustiones de sustancias fósiles que contengan carbono. La capacidad adicional estaría aumentando a razón de casi 4,500 razón fundamental para acometer urgentemente esta tarea es MW al año y la capacidad total instalada en el mundo de que esas combustiones son la causa principal de la emisión de energía solar térmica habrá alcanzado 21,540 MW. los llamados gases de efecto invernadero (GEI), origen claro del cambio climático que está modificando la vida en el pla- La energía solar térmica habrá alcanzado una producción anual de más de 54.6 TWh. Esto es equivalente a más de un neta Tierra. tercio de la demanda eléctrica de Australia. Teniendo en cuenta que las citadas combustiones aportan un Los ocinco países más prometedores de en acuerdo términoscon de los objeti67% de la energía primaria de la que se abastece el sistema vos potenciales gubernamentales el escenaenergético actual, se tiene que estudiar a fondo la forma de conseguir su disminución. Pero no es este el único problema rio, cada uno con más de 1.000 MW de proyectos de solar relacionado con el sistema energético, sino también la limita- térmica esperados para el 2020, son España, Estados Unidos, México, Australia y Sudáfrica. • •

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Durante el período actual y hasta el 2020 se evitaría la emisión total de 154 millones de toneladas de dióxido de carbono a la atmósfera, lo que supondría una importante contribución a los objetivos internacionales de protección del clima. Se ha hecho también una proyección del potencial de expansión del mercado de la energía solar térmica en otras dos décadas, hasta el 2040. Esta proyección muestra que para el 2030 la capacidad mundial habrá alcanzado 106,000 MW, y para el 2040 un nivel de casi 630,000 MW. El resultado es que para el 2040 más del 5% de la demanda eléctrica mundial podría satisfacerse con energía solar térmica.

2. Centr Central al Solar Fot Fotovolt ovoltaica aica 1.

Orig Origen en de la en ener ergí gía a

El efecto fotovoltaico fue reconocido por  primera vez en 1839 por el físico francés AlexadreEdmond Becquerel. Sus estudios sobre el espectro solar, magnetismo, magnetismo, electricidad y óptica son el pilar científico de la energía fotovoltaica.[1] 1839 -

1905 - 

Albert Einstein publica un artículo artículo científico científico que explica el efecto fotoeléctrico basándose en una explicación cuántica.[2] 1916 - Robert A. Millikan empleó sus habilidades en la verificación experimental de la ecuación introducida  por Albert Einstein en 1905 para describir el efecto fotoeléctrico y evaluando la constante "h" de Planck. [3] 1918 - 

Jan Czochralski, Czochralski, un científico científico polaco, inventa un método para conseguir el crecimiento de monocristales de metal. Décadas más tarde, el método será adaptado para producir silicio monocristalino.[4] Audobert y Stora descubren el efecto fotovoltaico en el seleniuro de cadmio (CdSe), un material fotovoltaico todavía utilizado hoy.[5] hoy.[5] 1932 -

1948 - Gordon Teal y John B. Little adaptan el método

Czochralski de crecimiento cristalino para producir germanio cristalino y, más tarde, silicio. [6] - Gerald Pearson empieza la investigación en células fotovoltaicas de litio-silicio. litio-silicio. 1953 2.

Pot Potenc encia ia de Energ Energía ía (5 paíse paísess con ma mayor yor p pote otenncial energético)

Como ya sabemos la energía solar fotovoltaica es utilizada para la producción de electricidad a grandes escalas en muchas regiones del mundo, gracias a la facilidad de aprovechar la luz solar de manera en que se pueda transformar de manera directa la luz solar en electricidad empleando una tecnología basado en el efecto fotovoltaico [7].

medioambientales. Actualmente, es el líder mundial en  producción solar, con instalaciones de energía fotovoltaica que logran una potencia mayor de 130 GW. 2) Estados Unidos: esta nación norteamericana desarrollada, cuenta con alta tecnología y aptas condiciones del ambiente para explotar el sector de energías renovables a grandes niveles. Ocupando la segunda posición con capacidad de abastecer a más de 10 millones de viviendas con los 85,3 GW que produce, principalmente en California, Hawái y Arizona. 3) India: es sede de la construcción de los futuros parques solares más grandes del mundo, que buscan su perar los de China. Ubicándolo así por el momento en la tercera posición como el tercer país productor de energía verde, con una cifra alrededor de los 70 GW de capacidad energética. 4) Japón: el Arca Solar es una de las instalaciones fotofotovoltaicas más destacadas de Japón. Gracias al desarrollo en los ámbitos tecnológicos y de fabricación que caracterizan al país. Su capacidad solar alcanza los 63,3 GW G W. 5) Alemania: actualmente desarrolla la capacidad de 48,4 GW y sus proyectos a largo plazo vislumbran un gran futuro en el sector. Y encabeza la producción de energía renovable en Europa. Siendo así estos los principales países con mayor producción de energía solar. [8] 3.

Ev Evol oluc ució ión n histó históri rica ca

La primera célula solar de silicio se fabricó en 1954, en los laboratorios Bell Telephone (EEUU), incentivado  por el comienzo del programa espacial de ese país. Durante las siguientes dos décadas, las aplicaciones espaciales fueron prácticamente las únicas para estos dispositivos, debido al elevado coste de la energía producida con ellas (por encima de 100  !/kWh). A partir del año 1975 y gracias a una reducción gradual de esos costes, las aplicaciones terrestres superaron a las espaciales y desde entonces, su desarrollo en el mundo ha atravesado tres etapas claramente diferenciadas[9]: 1975 – 1985 Las sucesivas crisis del petróleo de los años 1973 y 1979 motivaron que los principales países industrializados comenzaran a buscar fuentes de energía alternativas. Así, en Estados Unidos la administración Carter inició programas de estímulo destinados a incentivar el uso de fuentes de energía no basadas en combustibles fósiles.[9] 1997 - La

producción mundial de células fotovoltaicas supera los 500 kW. 1978 -

Aparecen las primeras calculadoras con células

solares 1980 -  El

Instituto de Conversión de Energía de la

A continuación, presentaremos cinco grandes potencias que se dedican a la producción de este tipo de energía:

Universidad de Delaware célula solar de película delgada, desarrolla que superalaelprimera 10% eficacia utilizando tecnología de Cu2S/CdS

1) China: con un planteamiento energético avanza hacia un futuro verde por motivos geopolíticos y

1983 - Se

superan la producción de 21,3 MW de pro-

 

ducción fotovoltaica en todo el mundo, y las ventas superan los 250 millones de dólares.[10] 1985 – 2000 Durante los primeros años de la década de

los 80, los precios del barril de petróleo se redujeron significativamente y se estabilizaron en valores similares a los momentos pre-crisis, lo que hizo descender el interés y las ayudas estatales a las energías renovables.[9] Se crean células solares con un 20% de eficiencia en el Centro para Ingeniería Fotovoltaica en la Universidad de Nueva Gales del sur. 1992 -  La Universidad de Florida del sur fabrica fabrica una célula de película delgada con un 15.89% de eficiencia. 1985 -

La capacidad fotovoltaica total instalada en 1999 -  todo el mundo alcanza los 1.000 megavatios.[10] megavatios.[10]   Desde comienzos del siglo XXI, numerosos países, como Alemania y España en  primer lugar y posteriormente Estados Unidos, Italia, China, India y Japón, comenzaron a incentivar el uso de las energías renovables en general y de la solar fotovoltaica en particular, particular, mediante el pago de primas por la electricidad producida. La siguiente figura muestra la evolución de la potencia fotovoltaica instalada y acumulada en el mundo durante el período 2000-2014. 2000 – Hasta el presente

2006 -  Se

alcanza un nuevo récord al conseguir una célula solar con un 40% de eficiencia. 2007 - La

Universidad de Delaware afirma haber conseguido un nuevo récord en tecnología de células solares sin confirmación independiente - 42.8% de eficiencia 2011 - 

El rápido crecimiento crecimiento de las las fábricas solares solares en China empuja hacia abajo los costes de fabricación, que se sitúan a menos de $1.25 por vatio para módulos fotovoltaicos de silicio. Las instalaciones se despliegan  por todo el mundo. mundo. SunPower comercializa el primer panel solar convencional que supera el 20% de eficiencia

4.

Tecno ecnolo logí gía a y compo compone nent ntes es

Una planta o central fotovoltaicas es un conjunto de instalaciones destinadas al suministro de energía eléctrica a la red mediante el empleo de sistemas fotovoltaicos a gran escala. La función de la central fotovoltaica es captar y transformar la radiación solar en electricidad. Una central fotovoltaica es una central eléctrica com puesta básicamente por módulos fotovoltaicos y un inversor. Los paneles fotovoltaicos son los encargados de transformar la radiación solar, en energía eléctrica de corriente continua. El inversor es el equipo electrónico que tiene por función, convertir la energía de corriente continua producida por los módulos fotovoltaicos, en energía de corriente alterna de características similares a las de la red eléctrica.

2014 -

El Instituto Fraunhofer establece un nuevo récord al desarrollar una célula multi-unión que alcanza el 46% de eficiencia. Panasonic (Sanyo) consigue una célula con una eficiencia de 25.6% (en un área de 143.7 cm") - SolarWorld alcanza una eficiencia del 22% en células fotovoltaicas PERC de tipo-p. 2016

Ultimo para el que disponemos de datos detallados por  países[9]:

Figura No.6 Diagrama de una

Central Fotovoltaica.

Una planta fotovoltaica está compuesta por diferentes componentes, de los cuales citamos los principales: 1) Células fotovoltaicas. Generalmente de silicio. 2) Las células fotoeléctricas son compuestas las encargadas de captar la energía solar y transformarla en electricidad mediante el efecto fotovoltaico.

 

3) Torre meteorológica. Es el sitio donde se analizan las diferentes condiciones meteorológicas para determinar la radiación solar que se está recibiendo o se  prevé recibir. recibir. 4) Armario de corriente continua. Recibe la electricidad generada por las células fotovoltaicas. 5) Inversor. Convierte la corriente continua a corriente alterna. Armario de corriente alterna. Recibe la electricidad que

4.3. 4.3.

De Defi fini nirr país países es con con ma mayo yorr po pote tenc ncia iall de estas centrales

Entre los principales productores de esta tecnología por la cual se genera energía eléctrica están: China, Estados Unidos, La India, Taiwán. Los cuales cuentan con distintas empresas (en su mayoría chinas). A continuación, se presentará un cuadro de las empresas que comandan el ranking como las principales creadoras de celdas fotovoltaicas:

el inversor ha transformado en corriente alterna. 6) Centro de transformación. Sitio donde la energía se adapta a las condiciones de intensidad y voltaje aptos  para ser transportada. transportada. 7) Líneas de transporte. Se trata de las líneas que permiten transportar la energía eléctrica hasta los centros de consumo. 8) Sala de control. Sitio donde se supervisa el funcionamiento de todos los elementos de la central fotovoltaica [11]. 4.1.

Tipos de centrales

Según el objetivo de la central fotovoltaica esta  puede estar destinada a la generación de energía  para vertido total a la red, o para el autoconsumo  parcial o total de la energía energía eléctrica generada. generada. En una central fotovoltaica destinada al vertido de energía eléctrica a la red, generando un ingreingreso por la venta, el consumo de electricidad no depende de la energía generada por los paneles fotovoltaicos ya que el propietario sigue com prando la energía eléctrica que consume a la compañía distribuidora, con la tarifa establecida, y además es propietario de una instalación generadora de energía eléctrica. Y la central fotovoltaica para el autoconsumo en este caso parte o la totalidad de la energía eléctrica generada es consumida en las propias instalaciones, generando un ahorro económico por la reducción de compra de energía eléctrica de la red, además de una mejora ambiental al generarse la energía de forma totalmente limpia [12]. 4. 4.2. 2.

Tamañ amaño o de las las ce cent ntra rale less (c (cap apac acid idad ad de planta en MW)

Figura No.7 Principales empresas productoras

de tecnología fotovoltaica para el año 2017. 4.4. 4.4.

Ci Cinc nco o pa país íses es con con mayo mayorr pote potenc ncia iall de estas centrales

Las principales productoras de energía fotovoltaica a nivel mundial son: la del parque solar del desierto de Tengger con 1.500MW ubicada en China, seguidamente está la Kurnool Ultra Mega Solar Park con 1.000 MW ubicada en India. El Parque Solar Datong con 1.000 MW ubicado en China. El Longyangxia Hydro-Solar PV Station con 850 MW, también ubicado en china, y en la quinta posición el Parque Solar PV Vil-

En Europa, España se encuentra entre los  primeros países con mayor potencial solar. solar. Las Islas Canarias son, de hecho, el punto geográfico con más tiempo de incidencia solar de todo el continente, y Andalucía cuenta con un promedio de trescientas días de Sol al año. África también atesora un enorme potencial por explotar, con  países como Namibia, Níger o Madagascar a la cabeza [5]. Sin embargo, Los países con mayor  potencial de estas centrales fotovoltaicas son China, Estados Unidos, México, Pakistán e In-

lanueva 828 de MW México. De esta man-a era en uncon rango 20enposiciones incluyendo estas ya mencionadas, entraría las centrales de Pakistán y otras de Estados Unidos [6].

dia. Posicionándose entre lasteniendo primerasasíproductoras de este tipo así de energía, las mayores centrales productoras de este tipo de energía a nivel Mundial.

 

Con altibajos, los tres mercados más importantes seguirán siendo China, Estados Unidos e India, que suponen alrededor del 70% de la demanda mundial de energía solar. Una posición que se ve reflejada en el ranking de Las 20 mayores plantas fotovoltaicas del mundo, dominado abrumadoramente por proyectos de estos tres países [6]. 5.

-

-

Car Caract acterí erísti sticas cas ttécn écnica icass de la energí energía a y cen cen-trales

Las centrales para generación de energía eléctrica se  pueden encontrar en una ubicación en la que no existe una instalación consumidora de energía, por ejemplo, en una finca situada en un entorno rústico, o en un edificio, donde exista actividad y consumo de energía eléctrica. -

zonas urbanas, dotando a la estructura de un valor añadido adicional (aparcamientos, zonas comerciales, etc.)

Centra Centrales les fotovo fotovolt ltaic aicas as en en edifi edificio cios: s: Segú Segúnn el obje objetivo de la central fotovoltaica esta puede estar destinada a la generación de energía para vertido total a la red, o para el autoconsumo parcial o total de la energía eléctrica generada.

Integr Integraci ación ón en edi edific ficios ios:: consis consiste te en en la sust sustitu itució ciónn de elementos arquitectónicos convencionales por nuevos elementos arquitectónicos que incluyen sistemas fotovoltaicos, y que por tanto son generadores de energía, por ejemplo, usando recubrimientos de fachadas, muros cortina, parasoles, pérgolas, etc.

Especificaciones técnicas:

Tabla 1. Características técnicas de una planta fija

Centra Centrales les fotovo fotovolta ltaica icass por por verti vertido do de de red: red: En En una una central fotovoltaica destinada al vertido de energía eléctrica a la red, generando un ingreso por la venta, el consumo electricidad depende de ya la energía generadadepor los panelesnofotovoltaicos que el propietario sigue comprando la energía eléctrica que consume a la compañía distribuidora, con la tarifa establecida, y además es propietario de una instalación generadora de energía eléctrica.

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Centra Centra fotovo fotovolta ltaica ica para para auto autocon consum sumo: o: En este este caso parte o la totalidad de la energía eléctrica generada es consumida en las propias instalaciones, generando un ahorro económico por la reducción de compra de energía eléctrica de la red, además de una mejora ambiental al generarse la energía de forma totalmente limpia.

Características: Los rangos de potencia pueden ser muy Características: variables, siendo las potencias más usuales entre 2,5 kW y 5 kW o múltiplos de 5 kW hasta 100 kW. Existen instalaciones mayores, destinadas en este caso a la generación a gran escala, generalmente propiedad de generadores eléctricos. Algunas de las aplicaciones más comunes de estos sistemas son: -

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Instal Instalaci acione oness en vivien viviendas das:: se tra trata ta de de inst instala ala-ciones en tejados, terrazas, etc. de viviendas que dispongan de conexión a la red de distribución eléctrica y se aprovecha la superficie del tejado  para colocar sistemas modulares de fácil instainstalación, usando generalmente estructuras prefabricadas. Planta Plantass de produc producció ción: n: son son apli aplicac cacion iones es de de carác carác-ter industrial que pueden instalarse en zonas rústicas o rurales no aprovechadas para otros usos (recibiendo el nombre genérico de “huertas solares”) o sobrepuestas en grandes cubiertas de

Tabla 2. 

Características técnicas de una planta de seguidores.

Figura No.8.  Izquierda,

tipo Buskil k6. Centro, tipo Buskil k12. Derecha, tipo Buskil k18.

Tabla 3. especificación técnica de los tipos

de centrales

seguidoras. 6.

Cos Costos tos del del uso de la eener nergía gía,, costos costos de iinve nversi rsión ón y operación de las centrales

Costos de uso de la energía:

 

El informe también destaca que los costos de la energía solar fotovoltaica se reducirán a la mitad en 2020. Dentro de los próximos dos años, los mejores proyectos de solar fotovoltaica podrían producir electricidad a USD 3 centavos por kilovatio hora (kWh) o menos dentro de los próximos dos años. Los costos globales ponderados de generación con energía solar fotovoltaica en el 2017 se estiman en USD 10 centavos por kWh respectivamente, y los recientes resultados de subastas sugieren que los proyectos futuros reducirán significativamente estos promedios.

de venta superior a la ofrecida por el distribuidor, garantizada en el contrato con corrección inflacionaria. Este tipo de inversión genera un % de beneficio anual superior al primero.

Los precios bajos récord para la energía solar fotovoltaica en Abu Dabi, Chile, Dubai, México, Perú y Arabia Saudita han establecido el nuevo punto de referencia en USD 3 centavos/kWh (y menos).

La del costo ha decaído generación partir de solar reducción fotovoltaica en un a73% desde entonces, según un nuevo análisis de costos de la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA, por sus siglas en inglés).

Costos de la inversión:

7.

Imp Impact acto o medio medio ambi ambient ental, al, so socia cial, l, económ económico ico y técnico

8.

Venta entaja jass e in inco conv nven enie ient ntes es

Costos de operación de las centrales:

El promedio global ponderado del costo nivelado de generación eléctrica (LCOE) de la solar fotovoltaica de gran escala, se ha reducido en un 73% entre 2010 y 2017 alcanzando USD 10 centavos/kWh.

Inversión en el sector energético es una inversión garantizada al 100%. solar moneyEl consumo energético mundial incrementa con cada año que pasa mienmientras que los combustibles fósiles encarecen. Al haberse duplicado la eficiencia energética y el coste siendo un tercio del original, los paneles solares en los últimos años se han convertido en una de las mejores inversiones con un beneficio garantizado. Los paneles solares tienen una vida útil de 40 años y más. Las inversiones fuentes de energía renovables están protegidas porenleyes españolas y europeas, invirtiendo en energía solar usted ayudará al medio ambiente y últimamente invertirá en la conservación del planeta para futuras generaciones. Plantas fotovoltaicas compradas antes del 2011 han generado beneficios a sus propietarios por encima del 20% anual. A partir del 2012 por la crisis económica y el déficit presupuestario español las tarifas subsidiadas han sido suspendidas temporalmente, esto no ha podido desalentar a los inversores conscientes de la evolución del sector energético. Actualmente hay dos tipos principales de inversión: 1. Construcción de una planta solar fotovoltaica de gran capacidad a partir de 1 mW con el propósito de venta al distribuidor eléctrico con un contrato a largo  plazo. La tarifa de venta en este caso seria 0,05 - 0,07 Eur por kilovatio por hora. El coste de la construcción de la planta varía entre 1 y 1,2 Eur por 1w de capacidad, una planta solar de 1mW tendría un coste de construcción de 1 000 000 - 1 200 000 Eur. La ganancia adquirida de tal inversión en plazo anual estaría entre 125 000 y 160 000 Eur al año. Teniendo en cuenta que la demanda es garantizada. 2. Instalación de un sistema fotovoltaico para una producción o cualquier otro negocio con una demanda energética superior. Por ejemplo: una fábrica consumiendo energía a 0,15 Eur el kWh (sin IVA) tiene que desembolsar la cantidad de 100 000 Eur + IVA al año, invirtiendo en la instalación de un sistema fotovoltaico en la azotea o terreno cercano, firmando un contrato a largo plazo con la fábrica, se podría vender la energía generada por su sistema fotovoltaico a precio 15-20% más bajo que el del distribuidor. Así el fabricante ahorraría hasta 25 000 Eur al año y usted tendría una tarifa

Ventajas:

-

No ppro rodu duce ce gas gases es con conta tami mina nant ntes es

-

Fue Fuente nte gratui gratuita ta de energ energía ía (previ (previaa inve inversi rsión) ón)

-

Tran Transp spor orte te pra pract ctic icoo de los los com compo pone nent ntes es..

-

Cos Costos tos operat operativo ivoss y de manten mantenimi imient entoo bbajo ajos. s.

-

Ut Util iliz izac ació iónn de zo zona na de desé sért rtic icas as.. Fá Fáci cill esca escallab abiili lida dadd

Desventajas:

-

Con Contam tamina inació ciónn en en llaa manu manufac factur turaa ddee los los equipo equiposs

-

Baja Baja efic eficie ienc ncia ia de lo loss pan panal ales es

-

Al Altta inv inveersi rsión in iniici cial al

-

Luga Lugare ress aale leja jado doss ddee la la cui cuida dadd

-

Uti Utiliz lizaa mucha mucha áre áreaa terre terrestr stree pa para ra su su insta instalac lación ión

-

Si Sinn alma almace cena nami mien ento to (li (limi mita tado do))

-

No op oper eraa las las 24 ho hora rass del del dí díaa

-

De Deppende ddeel clima.

9.

Situac Situación ión a actu ctual al y d desa esarr rroll ollos os a futu futuro ro

 

Como  Como resultado de la caída masiva de precios en los últimos años, la energía solar ahora es ampliamente reconocida como una fuente de energía competitiva y confiable en costos.

3. Sistem Sistema a de almac almacenami enamiento: ento: Baterí Baterías. as. Energía almacenada (Wh): depende del voltaje y de la carga almacenada. La unidad en el SI es el Julio pero como es demasiado pequeña se suele utilizar el Wh (energía equivalente a trabajar a la potencia de 1W durante una hora). La equivalencia es 1Wh=3600J. La energía de una batería la calcularemos multiplicando el voltaje en Voltios por la capacidad de carga en Ah o lo que es •

Con los años, la energía solar se ha rezagado significativamente respecto a la energía eólica en tér minos de capacidad instalada anual y capacidad acumulativa, pero está cerrando rápidamente la brecha en las instalaciones anuales. Ya para 2019, se pronostica que la energía solar superará al viento en la nueva ca-

 pacidad instalada. La las revolución solar comenzó en loTant mismo Energía(Wh)=E(V)*C(Ah). Energía(Wh)=E(V)* C(Ah).de carga varían mucho en serio en 2008 cuando nuevas instalaciones se disTanto o el voltaje como la capacidad  pararon a 6,7 GW desde 2,5 GW el año anterior. anterior. El función de cómo se use la batería por lo que la energía tamaumento de 268% precedió a otros 7.3 GW de capaci-  bién variará. dad instalada en 2009. En 2010, las nuevas instala- El rango o los kilómetros que podrá realizar una moto con una ciones se duplicaron a 17.2 GW, llevando la capacidad sola carga depende principalmente de este parámetro por lo acumulativa global a 40.3 GW. En 2011, las nuevas que nos interesará tener unas baterías que nos den la máxima instalaciones volvieron a surgir y terminaron el año en energía posible. El límite normalmente lo marcará el espacio 30.1 GW (70.5 GW en total). 2012 fue un año plano disponible en la moto, el peso y el precio.  para la energía solar con una disminución de 0.1 GW Para hacernos una idea, la Brammo Enertia tiene 3.1 kWh, la en nuevas instalaciones. Antes de 2012, la industria Quantya Strada 2kWh y la Zero S 4kWh. Yo estoy dudando había aumentado la capacidad esperando otro año entre usar un pack de baterías de 72V(76.8V)/40Ah y 3kWh y fuerte de ventas y ganancias. Cuando esto no se con- otro de 72V(76.8V)/60Ah y 4.6kWh. Probablemente me decretó, la industria se quedó con un exceso de capacidad cida por este último lo que me permitiría estar por delante del y los precios de los productos fotovoltaicos, como pan pan-- resto en lo que a energía almacenada y rango máximo se reeles, módulos y celdas, disminuyeron y los fabricantes fiere. El problema es el mayor peso, coste y espacio que ocuconuna altos niveles de deuda rápidamente Nunca se(W): da algo algo cambio de nada. en lucha por sobrevivir. La industriase se encontraron recuperó en  pan…Potencia En alas baterías hablaremos de potencia 2013 y 2014. En 2013, cuando la industria de energía eléctrica y la calculamos multiplicando la corriente por eólica experimentó una gran caída en la nueva capacila tensión: Potencia (W)= I(A)*E(V). Luego la podedad, la energía solar superó por primera vez a la eólica mos traducir en potencia “mecánica” con las siguientes en instalaciones anuales. El viento retomó el liderazgo equivalencias: 1 Caballo de Vapor(CV) = 736 W y 1 en nuevas instalaciones en 2014 y 2015, pero en 2016, Horse Power(HP) = 745,7 W. Como vemos CV y HP no la energía solar abrió una gran brecha con 78 GW en son equivalentes. nuevas instalaciones o 23 GW por delante del viento, seguido de 99 GW instalados en 2017. En 2018, las Aunque las baterías le pierden la batalla a la gasolina en cuannuevas instalaciones fotovoltaicas fueron el doble de to a la capacidad para almacenar energía sin embargo estas alto como el viento (102.4 GW vs. 51.3 GW). son muy buenas dando potencia. Como hemos visto la potencia es Corriente*Tensión y como las baterías son capaces de Se espera un año de fuerte crecimiento FV en 2019. entregar valores muy grandes de corriente, eso si, durante SolarPower Europe pronostica un nivel de nuevas in-  pequeños periodos de tiempo como ya hemos visto, también stalaciones entre 84.5 GW (bajo) y 165.4 GW (alto). Se son capaces de entregar potencias muy grandes de forma punrequieren 137.5 GW para alcanzar el esperado escenario medio de 2019 de SolarPower Europe de 647 tual. Hay otros parámetros importantes derivados de los que ya GW de capacidad instalada total. hemos comentado y que son útiles para comparar las baterías de distintos fabricantes: Energía específica (Wh/kg): Es la energía almacenada  por unidad de kg. Este es uno de los puntos donde las  baterías de lítio ganan por goleada a las baterías de ácido plomo. Densidad de energía (Wh/m3): Es la energía almacenada por metro cúbico de volumen de batería. Potencia específica (W/kg): Es la potencia obtenida por kg de batería. Eficiencia de carga o de Ah: Si la batería devuelve toda la carga puesta en ella hablamos de una eficiencia del 100%. •

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Figura No.9  Actuales y nuevas instalaciones de centrales fotovoltaicas.

 

Desarrollos a futuro

4. Almac Almacenamie enamiento nto térmi térmico: co:

El almacenamiento de energía consiste en reservar parte La carrera por buscar un sustituto capaz de almacenar más energía y hacerlo de forma más segura que las de la energía producida, en cualquiera de sus formas, para su actuales baterías de iones de litio se ha intensificado en los operación de interés. Los últimos años, pero aún no tiene un ganador claro. “Si lo que  posterior uso en el tiempo en alguna operación  buscamos es una nueva tecnología capaz de cambiar el mun- sistemas que llevan a cabo este proceso suelen denominarse do, de dar un salto significativo en capacidad, lo cierto es que aún no lo hemos conseguido. Casi todo lo que hemos mejora- acumuladores. Los sistemas de almacenamiento térmico do en la autonomía de dispositivos electrónicos se lo debemos tienen el potencial de incrementar el uso efectivo de la energía a una mayor eficiencia en los procesadores y las pantallas”, asegura Kazuo Hirai, presidente Sony, la empresa pionera en la venta de baterías de iones dedelitio. La comunidad científica y los fabricantes no cesan de mejorar el rendimiento de las baterías, que se optimiza un 5 % cada año, pero las de iones de litio se degradan con el tiempo, tienen una vida limitada y el electrolito líquido que se usa en muchas de ellas para almacenar la energía eléctrica es inestable e inflamable, tanto que las aerolíneas prohíben el transporte de estos dispositivos en la bodega de los aviones, donde un fuego accidental sería difícil de detectar a tiempo. El desafío es crear baterías superduraderas que se recarguen en poco tiempo, un requisito imprescindible para el desarrollo de los coches eléctricos, smartphones y portátiles más eficaces, redes energéticas más limpias y baratas. Estos son los 5 grandes retos de las baterías del futuro:

1. COSTE. El de los materiales materiales es solo una parte del precio final de las baterías. La peligrosidad de los electrolitos líquidos exige protegerlas y empaquetarlas bien, lo que encarece el transporte. Baterías más seguras y estables reducirían el precio de los coches eléctricos y complementarían la labor de las fuentes de energía renovables en la red eléctrica. 2. SEGURIDAD. Más de treinta años años en el mercado han han servido para mejorar la fórmula inicial y crear baterías más eficientes y fiables, pero aún son dispositivos peligrosos que pueden arder con facilidad si no se toman medidas  protectoras en las las fases de carga carga y descarga. descarga.

térmica y de facilitar el control de la producción térmica a gran escala. Suelen ser especialmente útiles para la corrección de la discordancia entre demanda y producción de energía. La energía térmica puede ser almacenada mediante el aprovechamiento del calor sensible de los cuerpos, del calor latente al cambiar de una fase a otra (por ejemplo, de líquido a gas) o de la energía involucrada en una reacción química. Se acostumbra emplear el término almacenamiento térmico al que se basa en el calor sensible o latente, y el de almacenamiento termoquímico al que utiliza el calor de reacción. La energía térmica es normalmente acumulada por medio de un colector solar, que envía este calor hacia los depósitos de calor. Esta tecnología es denominada “Energía Solar por Concentración” (CSP) y utiliza elementos ópticos en forma de espejos para concentrar la energía solar, convirtiéndola en energía térmica a temperaturas de entre 300-600°C. Esta energía térmica se utiliza para alimentar turbinas, generalmente de vapor o de aire caliente, que producen electricidad.

3. CANTIDAD. La capacidad mundial mundial de fabricación fabricación de  baterías roza losla 35 gigavatios-hora por año.de Esta cifra apenas satisface demanda de los fabricantes electrónica de consumo y un pequeño mercado de vehículos eléctricos. Si esperamos una transición significativa del parque automovilístico y una mayor presencia de baterías en la red eléctrica, resulta necesario multiplicar la producción. 4. RECICLAJE. Las baterías de iones iones de litio tienden a perder su capacidad tras cientos de ciclos de carga y descarga. Pueden reciclarse, pero es un proceso caro y que requiere mano de obra especializada. Futuros desarrollos tendrán que facilitar esta tarea si quieren reducir su impacto en el medio ambiente. 5. CAP CAPACIDAD. ACIDAD. La densidad de las baterías actuales actuales es baja, cercana a los 150 o 250 vatios-hora por kilo. Para ser una alternativa real al motor de combustión interna tendrán que duplicar su capacidad de almacenamiento.

Figura 10. Interacción entre los componentes principales de una planta de  potencia [Kuravi et al. (2013)].

5. Según su apli aplicació cación n usos y clasifi clasificacaLosción: sistemas de almacenamiento térmico (TES) incluyen una serie de tecnologías diferentes, cada una con su propio rendimiento específico, aplicación y costo. Los campos de aplica-

 

ción importantes para los sistemas TES se encuentran en el sector de la construcción (por ejemplo, ACS, espacio de calefacción y aire acondicionado) y en el sector industrial (por ejemplo, procesos de calefacción y refrigeración). Los sistemas TES se pueden instalar como plantas centralizadas o dis positivos distribuidos. distribuidos. Las plantas centralizadas son diseñad diseñadas as  para almacenar calor residual de grandes procesos industriaindustriales, centrales eléctricos convencionales, combinados plantas de calor y energía, y plantas de energía renovable, como CSP. Su capacidad de potencia varía típicamente de cientos de kW a varios MW. Los dispositivos distribuidos suelen ser almacenamiento intermedio sistemas para acumular calor solar para ser utilizados en edificios domésticos y comerciales (por ejemplo, agua caliente, calefacción y electrodomésticos). Los sistemas distribuidos están principalmente en el rango de unos  pocos a decenas de de kW. kW. Aunque el almacenamiento térmico se ha utilizado en una amplia variedad de aplicaciones, todos los sistemas son diseñados para operar cíclicamente (normalmente durante el día, ocasionalmente durante una jornada completa). Cuando el diseño de un sistema de almacenamiento se realiza para periodos cortos de tiempo, los sistemas térmicos puros pueden ser una buena solución. Sin embargo, si la energía almacenada debe ser conservada durante largo tiempo antes de su utilización, o bien ser transportada a un lugar alejado de donde se encuentra la fuente térmica original, la mejor solución es el almacenamiento termoquímico.

latente pueden ofrecer una mayor capacidad de almacenamiento y eficiencias de almacenamiento del 75 al 90%. En la mayoría de los casos, el almacenamiento se basa en un cambio de fase sólido-líquido con densidades de energía de 100 kWh /m3 (por ejemplo, hielo). Los sistemas de calor latente pueden alcanzar capacidades de almacenamiento de hasta 250 kWh / t con la operación temperaturas de más de 300 ° C y eficiencias del 75% a casi el 100%.

6. Parám Parámetro etross típico típicoss del almacena almacenamiento miento de energía solar térmica(potencia, energía, capacidad y costos): El sistema de almacenamiento se puede describir en términos de las siguientes características •

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Figura 11. Tipos de almacenamiento de energía e nergía solar térmica.

La capacidad define la energía almacenada en el sistema y depende del proceso de almacenamiento, el medio, y el tamaño del sistema; La potencia define qué tan rápido se puede descargar (y cargar) la energía almacenada en el sistema; La eficiencia es la relación entre la energía proporcionada al usuario y la energía necesaria para cargar el sistema de almacenamiento. Da cuenta de la pérdida de energía durante el período de almacenamiento y el ciclo de carga / descarga; El período de almacenamiento define cuánto tiempo se almacena la energía y dura de horas a meses (es decir, horas, días, semanas y meses para almacenamiento estacional); El tiempo de carga y descarga define cuánto tiempo se necesita para cargar / descargar el sistema; y El costo se refiere a la capacidad ( ! / kWh) o la potencia ( !  / kW) del sistema de almacenamiento y depende de costos de capital y operación del equipo de almacenamiento y su vida útil (es decir, el número de ciclos).

La capacidad, la potencia y el tiempo de descarga son vari-

Los sistemas TES basados en almacenamiento de calor sensi-

ables interdependientes. En algunos sistemas de almace-

 ble ofrecen una capacidad de almacenamiento de 10 a 50

namiento, la capacidad y la potencia también pueden depen-

kWh / t. y eficiencias de almacenamiento entre 50 y 90%, dependiendo del calor específico del medio de almacenamien-

der unas de otras. Los parámetros típicos para los sistemas TES se muestran en Tabl Tablaa 1, que incluye capacidad, potencia,

to y tecnologías de aislamiento térmico. Los sistemas de calor

eficiencia, período de almacenamiento y costo. Densidad de

 

almacenamiento de alta energía. Y la alta capacidad de potenpotencia para cargar y descargar son propiedades deseables de cualquier sistema de almacenamiento. Es bien sabido que hay tres métodos para TES a temperaturas de #40 $C a más de 400 $C

calor sensible, calor latente asociado con PCM y almace-

namiento de calor termoquímico asociado con reacciones

7. Desar Desarrol rollos los a futu futuro: ro: Varias instituciones de investigación trabajarán conjuntamente  para desarrollar proyectos donde se cumpla con la necesidad de mejora, tanto económica como del rendimiento, del sistema de almacenamiento térmico para la nueva generación de  plantas de canal parabólico y de receptor central. Algunos de los proyectos en desarrollon son:

químicas.

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Tabla 4 4.. Parámetros típicos del almacenamiento de

Sensible Heat, Direct, Dual-Media Thermal Energy Storage Module (Acciona Solar):

En este proyecto, Acciona Solar está planificando el  prototipo de un módulo de almacenamiento térmico de alta eficiencia (>93%), consistente en dos tanques de lecho empacado con sales fundidas fluyendo entre estos. Este diseño tiene como principal ob jetivo eliminar la necesidad del seguimiento térmico a lo largo de la red de colectores parabólicos, que son capaces de trabajar a una temperatura de al menos 500ºC.

energía térmica.

Costos

El costo completo del sistema de almacenamiento por calor sensible oscila entre 0.1 y 10  !  / kWh, dependiendo del tamaño, la aplicación y la temperatura tecnología de aislamiento. Los costos para los sistemas de calor latente y almacenamiento termoquímico son en general más altos. En estos sistemas, Los principales costos están asociados con la tecnología de transferencia de calor (y masa), que debe instalarse para lograr una potencia de carga / descarga suficiente. Los costos de los sistemas LHS basados en PCM varían entre 10 y 50  ! / kWh, mientras que los costos de sistemas termoquímicos se estiman entre 8 y 100  ! / kWh. La economía La viabilidad de un sistema de energía termico depende en gran medida de las necesidades de aplicación y operación, incluido el número y frecuencia de los ciclos de almacenamiento. El costo estimado de los sistemas TES incluye materiales de almacenamiento, equipos técnicos para cargar y descarga, y costos de operación.

Figura 12.  Módulo de almacenamiento de lecho empacado con alúmina  propuesto por “City College College of New York”. York”. Fuente: US Department Of Ener-

gy.

 

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Thermochemical Heat Storage for CSP Based on Multivalent Metal Oxides (General Atomics):

General atomics (GA), actualmente está desarrollando un

sistema de almacenamiento térmico de alta densidad basado en óxidos de metales sólidos que son capaces de la reducción y oxidación redox en aire. La energía térmica solar es almacenada en óxidos sólidos reducidos. El calor es liberado a temperatura constante. El aire actúa tanto como fluido de transferencia y como reactante químico. Los sistemas de óxidos pueden ajustarse para fijar la temperatura de entrada. Los mejores resultados se obtuvieron con la conjunción de óxidos metales y hornos rotatorios.

Figura 14. Banco de tubos de alta temperatura (Infinia). Fuente: US Department Of Energy

8. Cara Caracterís cterísticas ticas técn técnicas: icas: Los sistemas de almacenamiento térmico presentan dos principales características de gran importancia a tener presente en cuanto al funcionamiento del sistema: Eficiencia de carga y descarga (round-trip): es el ratio de la energía útil recuperada del sistema de almacenamiento con respecto a la cantidad de calor inicialmente extraída •

de fuente de calor.térmico está limitado por las leyes de Ellaalmacenamiento la termodinámica (eficiencia real del sistema menor a la ideal) y por las pérdidas térmicas en tanques, tuberías e intercambiadores de calor, además de estar condicionado  por el coste unitario unitario de energía energía entregada ( !/KWhth)  En la actualidad, se están haciendo notables esfuerzos tanto  por el desarrollo de nuevos sistemas de almacenamiento que Figura 13. Velocidad de reacción redox en el horno rotatorio propuesto por sean rentables y presenten una alta densidad energética de General Atomics. Fuente: US Department Of Energy. cara al almacenamiento, como por la mejora de los ya existentes (aumento del rango de temperaturas de operación del meInnovative Application of Maintenance-Free Phase- dio de almacenamiento, reducción de costes, mejora de la Change Thermal Energy Storage for Dish Engine conductividad y de los procesos de transferencia en general, etc). Sin embargo, es importante recalcar una serie de aspecSystems (Infinia): tos y características de los sistemas de almacenamiento para Infinia actualmente está desarrollando un sistema con-  plantas de potencia: potencia: •

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 Alta densidad de energíadedel material almacenamiento  Eficiente transferencia calor entre de el material de almacenamiento y el fluido de transferencia fruto de un correcto dicalor. tonomía de 4-6 horas para contribuir en alcanzar los obje- seño del equipo de intercambio de calor.  Respuesta rápida frente a los cambios de carga del bloque tivos de DOE para las centrales CSP con un coste de 5 de potencia en el modo de descarga c$/kWh para 2020, trabajando estas como centrales de Baja actividad química del material de almacenamiento y  potencia base. El sistema utilizaría sales térmicas como del fluido de transferencia con los materiales del sistema. Buena estabilidad química del material de almacenamiento / PCM para acercarse a una operación isoterma. En la HTF y reversibilidad de la temperatura tras un gran número Figura 5 puede observarse el banco de tubos de alta tem- de ciclos térmicos de carga / descarga en proporción a la vida útil de la planta de potencia (30 años).  peratura para transferir el calor desde el receptor hasta el  Alta eficiencia térmica y bajo consumo de energía eléctrica  parásita por el sistema. PCM, y desde este hasta el motor Stirling.  Bajo impacto medioambiental en caso de derrame accidencentrador de disco parabólico con motor Stirling de 3 kW combinado con almacenamiento térmico con una au-

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tal de grandes cantidades de productos químicos utilizados en el sistema de TES.

 

    Bajo coste de material de almacenamiento, teniendo en •

7. REF REFERE ERENCI NCIAS AS

cuenta los materiales adicionales incorporados al sistema (p.ej. grafito).  Facilidad de operación y bajos costes O&M..

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6. Con Conclu clusio siones nes •

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Para una prosperidad futura de los sistemas de almacenamiento y del sector termosolar en definitiva, es imprescindible la financiación de entidades gubernamentales para la investigación y desarrollo de la tecnología implicada, y conseguir así hacer competitiva la generación eléctrica solar de concentración frente a otras fuentes energéticas no renovables. El almacenamiento térmico siempre ha estado asociado con las instalaciones solares debido a la reducida disponibilidad de la energía solar, sin coincidir además, las horas de máxima radiación solar con los períodos de mayor demanda energética. Diariamente, el pico de consumo energético tiene lugar en horas posteriores a la puesta de sol. Los sistemas de almacenamiento pueden ayudar a solventar parcialmente este problema, proveyendo al bloque de potencia de la energía almacenada durante el día en períodos de nubes o nocturnos.   La inclusión de sistemas de almacenamiento almacenamiento térmico y la reducción de los costes de almacenamiento de energía están tomando gran importancia en el sector termosolar. Entre el 35- 38% de los esfuerzos mundiales para el progreso de dicho sector se centran en el desarrollo de los sistemas de almacenamiento. Aproximadamente, el 50 % del consumo final de energía primaria a nivel mundialesseinferior realizaaen forma(calor de calor en aplicaciones cuya temperatura 250°C de baja-media tem peratura), evidenciándose el enorme potencial de la energía solar térmica para sustituir a los combustibles fósiles tradicionales, cada vez más caros y responsables del calentamiento global. La energía solar térmica de baja-media temperatura se destina mayoritariamente a la obtención de agua caliente doméstica y calefacción. Su forma activa se relaciona con el uso de captadores solares. En el presente estudio se abordarán las aplicaciones de la energía solar térmica de baja temperatura, centrándose esencialmente en su forma activa. A nivel mundial, este tipo de energía está experimentando un crecimiento muy significativo en los últimos años, siendo la potencia mundial instalada a finales de 2006 de 127.8 GWth. La tecnología se puede considerar puesta a punto y los esfuerzos deben dirigirse a favorecer aún más su  penetración en el mercado: difusión, apoyo financiero, establecimiento de normativas, etc. Los países líderes son China y EE.UU., con un claro predominio de la tecnología de tubos de vacío y captadores no vitrificados, respectivamente. En el resto de los países el mercado está dominado por los captadores de  placa plana.

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