Valoración del colector Fresnel con punto de enfoque

Es posible que una innovación de la Universidad Rey Saud ayude a superar algunos de los defectos de la tecnología Fresnel, por ejemplo, mediante el aumento de las temperaturas del fluido de transferencia térmica por encima de los 500 ºC.

 

Jason Deign

¿Ha descubierto la Universidad Rey Saud (KSU, por sus siglas en inglés) una manera de mejorar la tecnología Fresnel establecida de CSP? La Fundación Desertec así lo cree.

En el campus de Riad de la KSU están probando el prototipo del colector Fresnel con punto de enfoque (PFFC, por sus siglas en inglés). La Fundación declaró que la tecnología "tiene un fuerte potencial para ofrecer una solución muy eficiente y rentable para una amplia variedad de aplicaciones".

"Aborda las necesidades específicas de la región, como la generación energética libre de carbono y la energía para la desalinización de agua, calor de proceso, refrigeración urbana y aire acondicionado que ahorra combustible en edificios residenciales y comerciales".

El PFFC emplea un conjunto de espejos planos cuadrados situados sobre una superficie que gira para seguir el sol y centra la luz en un receptor de punto único situado a poca distancia en vez de en un tubo, como ocurre en las instalaciones de Fresnel tradicionales.

Esto se traduce en eficiencias y temperaturas de funcionamiento mucho mayores. Según Desertec, el PFFC ha logrado un índice de conversión de hasta un 75 % en las primeras pruebas. Es suficiente para incrementar las temperatura del fluido de transferencia térmica hasta los 400 ºC, que equivale al nivel de las tecnologías cilindroparabólicas.

El profesor Hany Al-Ansary, presidente del departamento de Ingeniería mecánica de la KSU, señala que el concepto del PFFC impulsa un índice de concentración de entre 200 y 300 soles, entre las gamas que se encuentran en los sistemas de receptor central y de cilindroparabólica.

Y añade: "No aspira a ser tan eficiente como los sistemas de receptor central porque el índice de concentración es superior en el caso de esos sistemas".

"Pero creemos que podemos superar eso porque, en nuestro caso, el receptor está muy cerca de los espejos mientras que en los sistemas de receptor central puede estar a kilómetro y medio, así que existe el error de la pendiente y la atenuación atmosférica".

Espejos planos

En muchos aspectos, el PFFC se parece a un disco parabólico pero el hecho de que esté compuesto por espejos planos hace que se pueda fabricar de manera mucho más sencilla y barata porque el mecanizado de precisión no es un problema. Esto podría ofrecer al PFFC una ventaja sobre las tecnologías de disco en cuanto a coste por vatio.

"Todos los materiales y las partes son muy sencillos —explica Al-Ansary—. No es nada sofisticado. Todos los espejos son planos. Todas las uniones son uniones estándar. Lo montamos con la ayuda de los técnicos que realmente no son muy cualificados. El diseño del receptor es bastante sencillo".

El diseño emplea dos motores estándar para guiar el acimut y el seguimiento de la altura, respectivamente. Estos están a la sombra de los colectores, lo que podría ayudar a ampliar su vida útil bajo el abrasante calor de Oriente Medio.

Todo esto significa que el diseño del PFFC se podría construir y mantener a bajo precio sin necesidad de mano de obra muy cualificada ni de componentes difíciles de encontrar.

Es más, uno de los objetivos del equipo de la KSU era investigar tecnologías CSP que pudieran formar las bases de un sector de energía solar producido a nivel local.

Otra ventaja de esta tecnología es que es muy modular. Al-Ansary declara: "Si queremos usarlo a gran escala, tenemos dos opciones. Podemos simplemente replicar esos módulos pequeños o podemos construir módulos más grandes y, por supuesto, replicarlos de todas formas"

El prototipo que se está probando ahora en la KSU emplea aceite sintético como fluido de transferencia térmica pero Al-Ansary cree que el elevado índice de concentración del concepto le permitiría funcionar con sales fundidas a entre 500 ºC y 600 ºC.

Esto permitiría que el conjunto de PCCF incorporara almacenamiento de energía térmica.

Prototipo más grande

Más adelante, la KSU espera trabajar más en el receptor y construir un prototipo más grande en los próximos tres a seis meses con el fin de determinar si hay problemas estructurales que haya que tener en cuenta a una escala mayor.

Esto podría poner a prueba la fiabilidad de los sistemas de seguimiento, según piensa el dr. Luis Crespo, presidente de la Asociación Europea de Energía Solar Térmica (ESTELA, por sus siglas en inglés). "Es fácil cuando señalas un gran objetivo, como una torre", afirma.

"Pero con un punto de enfoque pequeño es más complicado porque hacen falta muchos motores".

La Universidad también tratará de ver si el sistema de prueba existente puede conectarse a un generador de vapor para suministrar calor de proceso.

El prototipo actual mide seis metros por seis metros con un receptor situado a ocho metros por encima de los espejos. Con sistemas más grandes, el aumento de la distancia que hay desde el colector al receptor podría reducir la eficiencia del diseño.

Al-Ansary indica que el concepto ya ha llamado la atención del sector. Y, aparte de Desertec, otros observadores son optimistas sobre las perspectivas del PFFC.

"El principal desafío es obtener CSP más eficiente —afirma Edward Cahill, un investigador asociado en Lux Research—. La mejor manera de hacerlo es incrementando la temperatura".

"Con esto, la primera cosa que viene a la mente es que deberían poder obtener esa temperatura superior y eso debería ser una ventaja. El reto van a ser los dispositivos de seguimiento".

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