¿Cómo funciona la energía solar termoeléctrica?

La energía solar termoeléctrica es el aprovechamiento de la radiación solar en forma de energía calorífica para obtener mediante tecnologías una transformación a energía eléctrica.

Los pasos principales en estas fuentes de energía consisten en la recogida de radiación y concentración para conseguir una elevada temperatura, poder calentar un fluido y conseguir un ciclo de vapor que turbinar para obtener un giro en un generador eléctrico.

España es pionera en investigación de estas tecnologías, y como colofón cuenta con la con una Planta Gemasolar que pone en valor y uso la energía solar térmica.

Cómo la energía termoeléctrica aprovecha la energía solar

Para el desarrollo de energía solar termoeléctrica la fuente de energía primordial es la obtenida por el sol.

La radiación solar es una energía disponible prácticamente en cualquier latitud del globo terráqueo, contando con mayor no menor radiación en ciertas zonas y afectadas por la orografía, sombras u otros fenómenos ambientales.

No obstante, la ubicación de sistemas de aprovechamiento energético solar requieren para ser un aprovechamiento adecuado de una superficie suficiente. Siendo la posibilidad de contar con superficie el principal factor determinista para realizar estas instalaciones.

Aun si la zona escogida recibe una radiación baja por la latitud al contar con esta fuente de energía gratuita si conseguimos una captación suficientemente grande podemos contar con una generación de energía adecuada.

¿Cómo funciona una central solar termoeléctrica?

El proceso básico de una central termoeléctrica solar consta de cuatro componentes principales: colector solar, sistema de almacenamiento térmico, motor térmico y generador eléctrico.

• El colector solar es el encargado de capturar la radiación solar y transformarla en energía térmica, que se almacena en un sistema de almacenamiento térmico.
• Un sistema de almacenamiento térmico es un dispositivo que permite almacenar la energía térmica producida por los colectores solares para su uso posterior en la producción de electricidad.
• El motor térmico es el componente que convierte la energía térmica almacenada en el sistema en movimiento mecánico. La energía mecánica es transferida al generador eléctrico, que finalmente convierte la energía mecánica en electricidad.
• El generador eléctrico se utiliza para convertir la energía mecánica generada por el motor térmico en energía eléctrica utilizable.

Existen varios tipos de tecnologías termoeléctricas solares, tales como las torres solares, los sistemas de concentración cilindro-parabólicos y los sistemas de concentración de disco parabólico. Cada una de estas tecnologías utiliza diferentes métodos para concentrar la radiación solar y para transferir la energía térmica al sistema de almacenamiento térmico. Las explicaremos pormenorizadamente más adelante

Solar termoeléctrica vs. fotovoltaica

Debemos distinguir y conocer la diferencia entre la energía solar térmica y fotovoltaica.

La principal diferencia radica en que mientras la solar térmica recoge una energía caloría en el caso de la energía fotovoltaica reciben la energía de velocidad y choque de fotones con el fenómeno de generación eléctrica que se da en las células fotovoltaicas.

La tecnología termosolar requiere de recoger una gran cantidad de energía instantánea por lo que estas instalaciones requieren de grandes superficies y estructuras exclusivas por lo que no son adecuadas para instalar en el interior o cercanas a núcleos urbanos. Por tanto, generan energía en ubicaciones exteriores y esta energía debe tener un camino de vertido a redes eléctricas para abastecer zonas urbanas.

Por otra parte, la energía fotovoltaica para llevar a cabo aprovechamientos particulares si puede resultar viable con una extensión más reducida que poder albergar en zona urbanizable, habitualmente en cubiertas y tejados de inmuebles. Como podemos ver en algunos ejemplos de empresas con instalaciones fotovoltaicas.

Tecnologías que aprovecha la energía solar térmica

Son diferentes las tecnologías que explotan la energía solar termoeléctrica, de las cuales comentamos las que están más estandarizadas y ya son funcionales como instalaciones consolidadas.

Vamos a describirlas ligeramente si bien puedes obtener más información en este enlace de nuestra revista. Centrales termosolares.

Central de torre

En una central solar termoeléctrica constan de una torre central y rodeada de gran cantidad de espejos conocidos como heliostatos los cuales están gestionados con un sistema de movimiento y seguimiento solar de modo que concentran la llegada de los rayos del sol en un foco sobre la torre central.

La concentración de esta energía en la torre consigue una elevada temperatura aprovechable para calentar un fluido caloportador y poder recoger esta energía.

Posteriormente, esta energía se utiliza para generar vapor que poder turbinar en una turbina solidaria con un generador eléctrico.

Central de disco parabólico (motor Stirling)

Consiste en un disco parabólico que refleja la energía solar en un punto o foco donde se ubica un motor Stirling, este tipo de motor aprovecha la diferencia de temperatura entre una zona caliente y otra fría y mediante la expansión de fluidos gaseosos conseguir un movimiento mecánico.

En cuanto contamos con un movimiento mecánico que podemos transformar en un movimiento circular podemos acoplar un generador eléctrico para obtener energía eléctrica.

Central de cilindro parabólico

Se trata de un semicilindro con tratamiento de espejo que refleja los rayos solares sobre un eje, se hace pasar por este eje una tubería construida de un material que facilita la transmisión térmica y por el interior se hace circular un fluido caloportador que recoge y transmite esta energía calorífica para posteriormente poder transformar en vapor y poder turbinar para obtener en un generador energía eléctrica.

Podrás encontrar más información y formarte en este tipo de energías en nuestro Curso en Centrales Termosolares Eléctricas.

Implantación de la energía termoeléctrica

Las instalaciones de energía solar termoeléctrica constan en general de tres elementos fundamentales.

• Los captadores: espejos que reflejan la luz del sol y la concentran en un foco determinado, para ello cuentan con seguimiento solar y movilidad que permite regular el posicionamiento de cada espejo.
• Una instalación de almacenamiento y transmisión de energía: habitualmente sales fundidas que almacena esta energía y transporta, para una transmisión de energía a vapor de agua.
• Un generado de energía eléctrica: mediante el uso de turbinas por la que circula el vapor de agua para obtener un giro que aplicar a un generador eléctrico.

En España contamos con centros de investigación de estas tecnologías como es el Centro investigación CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas)

Así como asociada a esta misma está la Plataforma solar de Almería (PSA).

 A la hora de describir ventajas e inconvenientes de estas tecnologías se une una necesidad, se trata de que necesita de una gran extensión de superficie de modo que es una ventaja contar con la fuente de energía principal, pues la gran mayoría de ubicaciones son adecuadas para llevar a cabo esta instalación siempre que sea en una zona de acceso, exterior a zona urbana, y con acceso cercano a redes eléctricas donde verter la energía.

Igualmente, es un inconveniente contar con estos espacios amplios así como una ubicación adecuada de acceso y de servicios cercanos como transporte terrestre así como conexión a redes eléctricas cercanas.

Ventajas e inconvenientes de la energía termoeléctrica

Ventajas de la energía solar termoeléctrica

• Permite generar energía eléctrica en el propio país y no depender tanto de otros.
• Construir cerca de puntos de consumo elevado, como polígonos industriales
• Su implantación y puesta en marcha es más rápida que otras tecnologías.

Desventajas de la energía solar termoeléctrica

• Tiene un impacto ambiental considerable, afecta ecosistemas.
• El cambio de precio de combustibles afecta al precio final de la energía y afecta a los cálculos de amortización de estas instalaciones por la incertidumbre de precios.
• Se utilizan sales fundidas y fluidos caloportadores, que pueden producir escapes, así como cada cierto tiempo un residuo de productos químicos peligrosos y contaminantes.

Estas tecnologías siguen avanzando adecuadamente en su implantación de nuevas plantas y con aprovechamientos adecuados que cada vez se afinan más consiguiendo que sean instalaciones rentables en la inversión y el retorno económico. Así como la aportación de energía renovables al sistema eléctrico español.

Para llevar a cabo la instalación de estas plantas resulta adecuado contar con una formación en gestión de proyectos de esta índole, para lo cual cuentas con nuestro Master en Gestión de Proyectos y Diseño de Instalaciones Energéticas + Certificación Internacional en Project Management Professional.