Recubrimientos avanzados para una generación de energía solar de gran eficiencia
Cubrir la demanda energética global de forma sostenible es uno de los desafíos más acuciantes del siglo XXI. La CSP está llamada a cubrir hasta el 7 % de las necesidades energéticas globales en 2030 y hasta una cuarta parte en 2050. Sin embargo, los colectores solares con receptor parabólico para sistemas de CSP funcionan a unos 400 grados Celsius, mientras que los diseños nuevos —de mayor eficiencia— deberían funcionar de veinte a veinticinco años a cerca de 600 grados centígrados. El proyecto NECSO (Nanoscale enhanced characterisation of solar selective coatings), financiado por la Unión Europea, se dedicó a desarrollar las herramientas necesarias para poder contar con recubrimientos absorbentes selectivos que permitan alcanzar las metas fijadas. Los recubrimientos selectivos solares constan de cuatro capas de materiales (antirreflectante, absorbente, reflector infrarrojo y antidifusión) que se aplican con maquinaria de gran tamaño sobre varios metros cuadrados de sustrato. El rendimiento de estas láminas de gran superficie depende de forma crítica de las propiedades en la escala nanométrica, como la rugosidad, la dureza, la estructura cristalina, la composición y el espectro vibracional. Los investigadores desarrollaron herramientas para evaluar las propiedades en la escala nanométrica y relacionarlas con el rendimiento óptico y la vida útil esperada. El trabajo se complementó con el desarrollo de los protocolos de caracterización y degradación. Estos no estaban destinados solamente a predecir la vida útil, sino también a facilitar pruebas para ampliar las condiciones ambientales en general y de temperatura para obtener una mayor eficiencia sin degradación. Se desarrollaron y depositaron los recubrimientos absorbentes solares en capas sobre muestras pequeñas planas y cilíndricas mediante un sistema de pulverización y depósito físico en fase vapor (PVD). El sistema PVD permite recubrir tubos de cuatro metros, que es el objetivo final para la demostración definitiva de esta tecnología. A la vez, los científicos desarrollaron y construyeron dos sistemas de envejecimiento térmico con el fin de llevar a cabo pruebas de envejecimiento sobre muestras planas y cilíndricas con temperaturas y composiciones de gases muy bien controladas. Esto último sirve para evaluar los efectos de la exposición al agua y el oxígeno. Se calcularon los valores de selectividad solar y se realizaron pruebas de envejecimiento térmico a distintas temperaturas con el fin de relacionar la degradación térmica y el rendimiento óptico. El equipo también aplicó algunas técnicas espectroscópicas con el fin de identificar bandas espectrales asociadas a la degradación que se pudieran utilizar como indicadores de la misma. Finalmente, también se sometieron las muestras a pruebas tribológicas y mecánicas con el fin de evaluar propiedades como la adhesión, el desgaste y la resistencia al rayado. Se espera que la tecnología de NECSO facilite el desarrollo de recubrimientos absorbentes solares mejorados con el fin de aumentar la eficiencia y mejorar la durabilidad de los diseños de nueva generación. Su adopción generalizada podría tener un efecto importante sobre las emisiones globales y el cambio climático y, a la vez, generar empleo y mejorar la economía de la Unión Europea.
Palabras clave
Energía solar, recubrimientos selectivos, colectores solares, NECSO, recubrimientos absorbentes
