Sistemas solares a pequeña escala con un potencial a gran escala
Los edificios consumen cerca del 40 % de la energía mundial y emiten aproximadamente una tercera parte de las emisiones de gases de efecto invernadero, lo cual los convierte en uno de los principales objetivos de las medidas destinadas a mejorar la eficiencia y reducir las emisiones. El proyecto Innova MicroSolar, financiado con fondos europeos, ha proporcionado un sistema de energía solar de concentración (CSP, por sus siglas en inglés) rentable y de alto rendimiento para la generación de calor y electricidad «in situ» a pequeña escala.
CSP para la turbina de ciclo orgánico de Rankine más pequeña de mundo
Los sistemas fotovoltaicos utilizan la luz solar para generar electricidad directamente a través de células fotovoltaicas basadas en semiconductores. Los sistemas de CSP utilizan dispositivos reflectantes como los espejos para aprovechar el calor solar. Los reflectores lineales de Fresnel son menos complejos, más rentables y más eficientes que otros sistemas. Unos espejos enfocan la luz solar en el tubo receptor lineal. El fluido de trabajo calentado genera vapor directamente, por lo que se elimina la necesidad de disponer de intercambiadores de calor complejos y caros. A continuación, el vapor se utiliza para hacer girar una turbina que alimenta un generador destinado a producir electricidad. «El equipo de Innova MicroSolar ha desarrollado un campo de concentración solar con reflector lineal de Fresnel ligero que utiliza Therminol 62, un fluido de transferencia de calor sintético de altas prestaciones. El sistema se puso en funcionamiento a modestas temperaturas de entre 220 y 280 °C», explica Khamid Mahkamov, de la Universidad de Northumbria y coordinador del proyecto. El sistema se acopló con una turbina de ciclo microorgánico de Rankine mediante un fluido de trabajo orgánico con un punto de ebullición bajo, lo que permitió la generación de vapor con calor de baja temperatura. «La turbina de ciclo orgánico de Rankine de dos kilovatios eléctricos de Innova MicroSolar es la más pequeña del mundo», añade Mahkamov.
Almacenamiento de calor innovador para la CSP
La CSP se puede combinar con almacenamiento de calor (TES, por sus siglas en inglés) a través de materiales de cambio de fase (PCM, por sus siglas en inglés) para lograr un uso eficiente del calor solar cuando está nublado. «Desarrollamos un nuevo diseño de PCM-TES con tuberías térmicas reversibles para transferir la energía térmica a partir del Therminol 62 al PCM, y viceversa, lo que garantiza unas dimensiones compactas y una gran eficiencia. Se desarrolló un nuevo PCM basado en sal de mar (una mezcla de sal fundida) y grafito expandible, lo cual mejora veinte veces más la conductividad térmica de la sal de mar», explica Mahkamov. El TES puede ejecutar la turbina de ciclo orgánico de Rankine hasta cuatro horas sin luz solar.
Calor y electricidad por energía solar y a pequeña escala con emisiones reducidas
La planta de dos kilovatios eléctricos y dieciocho kilovatios térmicos de Innova MicroSolar se comprobó sobre el terreno en España y se demostró que puede alcanzar el objetivo de producción a lo largo del período entre primavera, verano y otoño. En invierno, la energía térmica generada por el campo solar se destinó directamente a calentar agua para uso doméstico. Mahkamov añade: «El sistema ofrece los mayores ahorros energéticos para los países del sur de la Unión Europea, al abarcar toda la demanda eléctrica en alguno de ellos. En otros lugares, satisface entre el 20 y el 60 % de la demanda. Al utilizarse en viviendas unifamiliares, reduce las emisiones de CO2 entre un 70 y 95 % en ubicaciones meridionales y cerca de un 30 % menos de promedio en otros países». Un análisis medioambiental y tecnoeconómico confirmó la posición altamente competitiva de la solución en comparación con otras tecnologías avanzadas de energía renovable. Asimismo, las organizaciones gubernamentales y comerciales en la región del Golfo, India, Italia, América Latina y Nigeria mantienen conversaciones para adoptar la tecnología. La próxima ubicación es Cerdeña, donde se optimizará el rendimiento del sistema de Innova Microsolar, a la vez que se proporciona energía a escuelas locales y a un centro de formación de una escuela profesional especializada. La producción independiente, rentable y fiable de calor y electricidad a partir de energías renovables llegará a pequeños edificios de todo el mundo.
Palabras clave
Innova Microsolar, solar, CSP, emisiones, TES, reflector lineal de Fresnel, ciclo orgánico de Rankine, almacenamiento de calor, Therminol 62, energía solar de concentración
