Solar Energia
Una central solar tèrmica, també coneguda com a central termosolar o fototèrmica, és una instal·lació industrial dissenyada per aprofitar la radiació solar i transformar-la en energia elèctrica.
Tot i que el seu principi de funcionament és similar al de les centrals tèrmiques convencionals, difereix en un aspecte fonamental: la font de calor utilitzada no és d' origen fòssil, sinó que es basa en l' energia solar.
Com funciona una central termosolar?
Aquest tipus de tecnologia fototèrmica consisteix a captar la radiació solar i convertir-la en energia tèrmica, que posteriorment s' utilitza en un procés de generació elèctrica.
Per a això, la instal·lació concentra la radiació solar mitjançant un sistema de miralls o reflectors que dirigeixen l'energia cap a un punt específic. Aquesta calor es transfereix a un fluid tèrmic —habitualment aigua, oli tèrmic o sals foses— que pot assolir temperatures molt elevades, normalment entre 300 °C i més de 1.000 °C, segons la tecnologia emprada.
Un cop escalfat, aquest fluid s' utilitza per produir vapor d' aigua a alta pressió. El vapor generat impulsa una turbina connectada a un generador elèctric, que transforma l' energia mecànica en electricitat. En general, com més gran és la temperatura assolida, més gran és el rendiment del sistema.
Sistemes de concentració solar
La captació i concentració de la radiació solar es realitza mitjançant miralls orientables que segueixen automàticament la trajectòria del sol per maximitzar l' aprofitament energètic.
Entre els principals sistemes de concentració utilitzats en centrals fototèrmiques o termosolars destaquen:
- Heliostats amb torre central: un camp de miralls reflecteix la radiació solar cap a un receptor situat a la part superior d' una torre. Un heliostat és cadascun d'aquests miralls individuals que porten un sistema mecanitzat de seguiment del sol
- Col·lectors cilindre-parabòlics: miralls corbats concentren la radiació sobre un tub receptor pel qual circula el fluid tèrmic.
- Discos parabòlics: sistemes de geometria parabòlica que concentren la radiació solar en un punt focal.
Cicles termodinàmics en una central termosolar
Un cop captat la calor, la central utilitza diferents cicles termodinàmics per convertir l'energia tèrmica en electricitat.
El més comú és el cicle Rankine, basat en la generació de vapor per moure una turbina, similar a l'utilitzat en centrals tèrmiques convencionals. També hi ha sistemes que empren el cicle Brayton, especialment en configuracions híbrides, així com tecnologies experimentals com el motor Stirling.
En alguns casos, les centrals fototèrmiques es poden combinar amb altres fonts d' energia, com el gas natural, amb l' objectiu de millorar l' eficiència i assegurar la producció elèctrica quan la radiació solar és menor.
Eficiència d' una central termoelèctrica
Les centrals termoelèctriques solars que concentren la llum del Sol per produir electricitat no aprofiten tota l'energia que reben. La seva eficiència depèn de diversos factors importants:
- La tecnologia que s' utilitza per transformar l' energia solar en electricitat.
- La temperatura a la qual treballa el sistema que recull la calor.
- Les pèrdues de calor que es produeixen durant el procés.
- Altres pèrdues pròpies del funcionament de la instal·lació.
A tot això cal afegir que el sistema òptic que concentra la llum solar (miralls o discos) tampoc és perfecte, per la qual cosa també es perd part de l'energia.
Quina eficiència es pot assolir?
Depenent del tipus de tecnologia, els valors d' eficiència canvien:
- Les centrals solars de torre, que treballen a temperatures entre 250 i 565 °C, poden assolir eficiències màximes d'entre el 23% i el 35%. Si es combinen amb turbines de cicle combinat, poden millorar encara més el seu rendiment.
- Els sistemes de disc Stirling, que funcionen a temperatures més altes (550 a 750 °C), poden arribar a una eficiència aproximada del 30%. Pots obtenir més informació en aquest article de l'U.S. Department of Energy .- Dish Engine
Eficiència real en el dia a dia
Tot i que aquests valors poden semblar alts, a la pràctica l'eficiència real és menor. Això es deu al al al seu que la quantitat de llum solar canvia al llarg del dia i de l'any.
Per això, l'eficiència mitjana anual sol ser entre el 7% i el 20% en sistemes de torre solar i entre el 12% i el 25% en sistemes de disc Stirling.
Efectes mediambientals
Les centrals solars tèrmiques no estan exemptes d' impactes mediambientals. A continuació, es presenten alguns dels efectes mediambientals de les centrals solars tèrmiques:
- Ús de terreny: Les centrals termosolars, especialment les que utilitzen tecnologia de col·lectors cilindroparabòlics o discos parabòlics, requereixen grans extensions de terreny per albergar els reflectors solars. Això pot resultar en la conversió d'hàbitats naturals en àrees industrials. En algunes regions, la instal·lació de centrals en terres agrícoles d'alta qualitat pot desplaçar la producció d'aliments i plantes recol·lectores.
- Impacte en la fauna: Les centrals solars tèrmiques poden atraure insectes, aus i altres animals a causa de la calor generada pels reflectors. Això pot augmentar el risc de col·lisions i lesions per a la fauna circumdant, la qual cosa ha portat a la implementació de mesures de mitigació, com sistemes de dissuasió d'ocells.
- Consum d' aigua: Algunes plantes requereixen aigua per a la refrigeració i el funcionament dels sistemes. El consum d' aigua pot ser significatiu i, en regions amb escassetat d' aigua, això planteja preocupacions sobre la disponibilitat d' aquest recurs vital.
- Eficiència de conversió: L' eficiència de conversió de l' energia solar en electricitat a les centrals solars tèrmiques pot variar i, en alguns casos, és inferior a la d' altres tecnologies d' energia solar, com els panells solars fotovoltaics.
- Impacte Visual i Paisatgístic: Les centrals solars tèrmiques, especialment aquelles amb grans camps de miralls o reflectors, poden canviar el paisatge local i tenir un impacte visual significatiu en les àrees circumdants.
Principals centrals termosolars del món
A continuació, presentem una selecció d' algunes de les centrals solars tèrmiques més destacades al món, destacant la seva ubicació, capacitat de producció elèctrica i una breu descripció de les seves característiques clau.
| Central solar tèrmica | Ubicació | Producció elèctrica (MW) | Descripció |
|---|---|---|---|
| Ivanpah Solar Electric | Califòrnia, EUA | 392 MW | La central Ivanpah és una de les majors centrals solars tèrmiques del món, que utilitza tecnologia de torre solar amb miralls heliostats per concentrar la llum solar en tres torres. Està ubicada al desert de Mojave i proporciona electricitat a milers de llars. |
| Solana Generating Station | Arizona, EUA | 280 MW | Solana és una de les centrals més grans del seu tipus al món i utilitza tecnologia de col·lectors cilindroparabòlics amb emmagatzematge de calor en sals foses. Proporciona electricitat a la xarxa elèctrica d' Arizona. |
| Crescent Dunes Solar Energy Center | Nevada, EUA | 110 MW | Aquesta central utilitza tecnologia de torre solar amb sals foses com a mitjà d' emmagatzematge tèrmic. És una de les primeres plantes d' aquest tipus amb emmagatzematge d' energia a gran escala. |
| Shouhang Dunhuang Solar Thermal Power Plant | Xina | 100 MW | Aquesta central utilitza col·lectors cilindroparabòlics per generar electricitat i també compta amb emmagatzematge tèrmic de sals foses. És un projecte important per al desenvolupament de l'energia solar a la Xina. |
| Gemasolar | Sevilla, Espanya | 19.9 MW | Gemasolar és una central de torre solar amb emmagatzematge de sals foses que destaca per la seva capacitat per generar electricitat durant 24 hores al dia. És un exemple de la innovació en tecnologia d' emmagatzematge d' energia solar. |
Aclariment terminològic: central solar tèrmica, termosolar i fototèrmica
Tot i que sovint s'utilitzen com a sinònims, central solar tèrmica, central termosolar i energia fototèrmica presenten alguns matisos de significat.
El terme central solar tèrmica fa referència a la instal·lació industrial que aprofita la radiació solar per generar calor i transformar-lo en energia elèctrica.
Quan parlem de central termosolar, normalment ens referim a aquest mateix tipus de planta. És el terme més habitual en l' àmbit energètic i tècnic.
Per la seva banda, energia fototèrmica descriu el procés mitjançant el qual la radiació solar esdevé energia tèrmica. És a dir, fa referència a la tecnologia o al principi energètic, més que a la instal·lació en si.