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Framework of Innovation for Engineering of New Durable Solar Surfaces

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Nuevos materiales de recubrimiento selectivos mejoran la eficacia de la tecnología de la energía solar concentrada

La cantidad de luz capturada por materiales absorbentes y transformada en calor es clave para la eficacia de una central termosolar. Un grupo de investigadores financiado con fondos europeos desarrolló materiales de recubrimiento que absorben de manera eficaz la radiación solar y resisten las altas temperaturas necesarias para las centrales de energía solar concentrada.

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Energía

El uso de colectores de energía para aprovechar la energía del sol se remonta a hace más de dos mil años, cuando el científico griego Arquímedes utilizó luz solar reflejada para incendiar los navíos romanos. Los sistemas de energía solar concentrada actuales generan calor utilizando espejos para concentrar la luz solar que incide en un área de gran tamaño en otra mucho más pequeña. El calor se emplea para producir electricidad y, gracias al uso de tanques de almacenamiento, este proceso puede mantenerse estable durante todo el día. Torres frente a colectores Existen diferentes tipos de tecnologías de energía solar concentrada, como los colectores cilíndrico-parabólicos y las torres centrales. Los colectores cilíndrico-parabólicos son sistemas de concentración unidimensionales; la radiación solar incidente se concentra en una pequeña línea focal mediante el empleo de espejos de seguimiento de un solo eje. Las torres solares son, en esencia, concentradores tridimensionales; su conjunto de reflectores de seguimiento de dos ejes proporciona niveles óptimos de energía solar, ya que estos pueden seguir al sol vertical y horizontalmente. Por lo tanto, «las torres son mucho más eficaces que los colectores debido a que su ratio de concentración puede ser hasta diez veces mayor». Con los sistemas de torre, las temperaturas de funcionamiento son mucho más altas que con los colectores cilíndrico-parabólicos. Sin embargo, todavía existen muchos retos tecnológicos que superar. Uno de ellos es que se carece de buenos materiales absorbentes que puedan soportar temperaturas de 550 °C o más a largo plazo», señala el doctor Matthias Krause, que coordinó FRIENDS2, un proyecto respaldado por el programa Marie Curie. Control de las propiedades radiativas de superficies Los materiales de recubrimiento selectivo multicapa ayudan a aumentar la temperatura de funcionamiento y la eficacia de los colectores solares convirtiendo un alto porcentaje de la radiación solar incidente en calor y minimizando la emisión en la región del espectro térmico e infrarrojo. «Los diseños de materiales altamente reflectantes en longitudes de onda más largas (radiación infrarroja) ayudan a los receptores centrales a retener todo el calor absorbido», explica el doctor Krause. Los investigadores llevaron a cabo ensayos cíclicos con determinados materiales de recubrimiento selectivo multicapa en condiciones de laboratorio durante más de 35 días a 600 °C. Uno de los materiales de recubrimiento desarrollados demostró un rendimiento estable a esta temperatura, en contraste con los materiales de última generación y rápida degradación empleados actualmente en las centrales de colectores cilíndrico-parabólicos y de torre central. Al ser preguntado por otro logro importante del proyecto, el doctor Krause se refirió al principio universal para conferir selectividad solar a superficies que presentan una buena absorción, pero que no son selectivas. El trabajo relacionado alude al «antiguo» principio de los termocristales. «Cuando el óxido de estaño es dopado con tantalio, se vuelve altamente conductivo y puede utilizarse como una capa transmisora con selectividad solar que recubre los colectores solares. Este demostró ser estable mecánica y térmicamente a temperaturas muy altas; en condiciones de ultravacío mantuvo su estabilidad a 800 °C», señala el doctor Krause. Hasta ahora, el óxido de indio dopado con estaño ha sido el más utilizado, pero el indio es caro y el óxido no es tan estable a temperaturas tan altas. La creación de sistemas de absorción solar selectiva con materiales de recubrimiento estables que puedan resistir temperaturas elevadas es fundamental para el uso generalizado de centrales de energía solar concentrada eficientes a alta temperatura. Además, es necesario seguir trabajando para comercializar los materiales de recubrimiento. Una cuestión compleja que debe abordarse es la de permitir que los colectores solares concentren niveles elevados de luz solar a la vez que minimizan las pérdidas por radiación térmica.

Palabras clave

FRIENDS2, temperatura, materiales de recubrimiento, colector solar, energía solar concentrada, durabilidad, torre solar, colector cilíndrico-parabólico, material de recubrimiento selectivo multicapa

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