Una central solar térmica, también conocida como central termosolar, es una instalación industrial diseñada para aprovechar la radiación solar y transformarla en energía eléctrica.
Aunque su principio de funcionamiento es similar al de las centrales térmicas convencionales, difiere en un aspecto fundamental: la fuente de calor utilizada no es de origen fósil, sino que se basa en la energía solar.
¿Cómo funciona una central termosolar?
El funcionamiento de las centrales termosolares se basa en la obtención de calor de la radiación solar y transferirla a un medio portador de calor que generalmente es agua.
Para conseguir elevar la temperatura del agua a los altos niveles deseados se debe concentrar la máxima radiación solar en un punto. De este modo se pueden obtener temperaturas de 300ºC a 1000ºC que servirá para generar vapor. Cuanto mayor sea la temperatura mayor será el rendimiento termodinámico de la central solar térmica.
La acumulación de energía térmica se utiliza para producir vapor que pueda accionar las turbinas de vapor. Con el movimiento de las turbinas se transfiere energía mecánica a los generadores eléctricos para generar electricidad.
Sistemas de concentración de energía solar
La captación y concentración de los rayos solares se hacen por medio de espejos con orientación automática que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido. Algunas centrales termosolares utilizan mecanismos más pequeños de geometría parabólica como pueden ser los colectores cilindro parabólicos.
El conjunto de la superficie reflectante y su dispositivo de orientación se denomina heliostato.
Ciclos termodinámicos
En las configuraciones experimentales, se emplean diversos flujos y ciclos termodinámicos.
Estos ciclos abarcan desde el ciclo Rankine, que se utiliza en centrales nucleares y centrales térmicas de carbón, hasta el ciclo Brayton, común en centrales de gas natural. Además, se han desarrollado numerosas variantes, como el motor Stirling. Entre los ciclos más frecuentes, se encuentran aquellos que integran la energía termosolar con el gas natural.
Eficiencia de una central termoeléctrica
La eficiencia de un sistema de concentración de energía solar dependerá de los siguientes factores:
- La tecnología utilizada para convertir la energía solar en energía eléctrica.
- La temperatura de funcionamiento del receptor de calor.
- Las pérdidas térmicas en el sistema.
- La presencia o ausencia de otras pérdidas del sistema
Además de la eficiencia de conversión, el sistema óptico que concentra la luz solar también agrega pérdidas adicionales.
La eficiencia de conversión máxima para los sistemas de tipo "torre de energía", que funcionan a temperaturas de 250-565 grados Celsius, es del 23-35%. Con una turbina de ciclo combinado la eficiencia es superior.
La eficiencia de los sistemas Dish Stirling, que operan a temperaturas de 550-750 grados Celsius (277 a 477 grados Kelvin), ofrecen una eficiencia de alrededor del 30%.
Debido a la variación en la incidencia del sol durante el día, la eficiencia de conversión promedio alcanzada no es igual a estas eficiencias máximas. Las eficiencias netas anuales de energía solar a electricidad son del 7-20% para los sistemas piloto de torres de energía, y 12- 25% para sistemas de platos Stirling.
Efectos medioambientales
- Uso de terreno: Las centrales termosolares, especialmente las que utilizan tecnología de colectores cilindroparabólicos o discos parabólicos, requieren grandes extensiones de terreno para albergar los reflectores solares. Esto puede resultar en la conversión de hábitats naturales en áreas industriales. En algunas regiones, la instalación de centrales en tierras agrícolas de alta calidad puede desplazar la producción de alimentos y plantas cosechables.
- Impacto en la fauna: Las centrales solares térmicas pueden atraer insectos, aves y otros animales debido al calor generado por los reflectores. Esto puede aumentar el riesgo de colisiones y lesiones para la fauna circundante, lo que ha llevado a la implementación de medidas de mitigación, como sistemas de disuasión de aves.
- Consumo de agua: Algunas plantas requieren agua para la refrigeración y el funcionamiento de los sistemas. El consumo de agua puede ser significativo y, en regiones con escasez de agua, esto plantea preocupaciones sobre la disponibilidad de este recurso vital.
- Eficiencia de conversión: La eficiencia de conversión de la energía solar en electricidad en las centrales solares térmicas puede variar y, en algunos casos, es inferior a la de otras tecnologías de energía solar, como los paneles solares fotovoltaicos.
- Impacto Visual y Paisajístico: Las centrales solares térmicas, especialmente aquellas con grandes campos de espejos o reflectores, pueden cambiar el paisaje local y tener un impacto visual significativo en las áreas circundantes.
Principales centrales termosolares del mundo
A continuación, presentamos una selección de algunas de las centrales solares térmicas más destacadas en el mundo, destacando su ubicación, capacidad de producción eléctrica y una breve descripción de sus características clave.
| Central solar térmica | Ubicación | Producción eléctrica (MW) | Descripción |
|---|---|---|---|
| Ivanpah Solar Electric | California, EE. UU. | 392 MW | La central Ivanpah es una de las mayores centrales solares térmicas del mundo, que utiliza tecnología de torre solar con espejos heliostatos para concentrar la luz solar en tres torres. Está ubicada en el desierto de Mojave y proporciona electricidad a miles de hogares. |
| Solana Generating Station | Arizona, EE. UU. | 280 MW | Solana es una de las centrales más grandes de su tipo en el mundo y utiliza tecnología de colectores cilindroparabólicos con almacenamiento de calor en sales fundidas. Proporciona electricidad a la red eléctrica de Arizona. |
| Crescent Dunes Solar Energy Center | Nevada, EE. UU. | 110 MW | Esta central utiliza tecnología de torre solar con sales fundidas como medio de almacenamiento térmico. Es una de las primeras plantas de este tipo con almacenamiento de energía a gran escala. |
| Shouhang Dunhuang Solar Thermal Power Plant | China | 100 MW | Esta central utiliza colectores cilindroparabólicos para generar electricidad y también cuenta con almacenamiento térmico de sales fundidas. Es un proyecto importante para el desarrollo de la energía solar en China. |
| Gemasolar | Sevilla, España | 19.9 MW | Gemasolar es una central de torre solar con almacenamiento de sales fundidas que destaca por su capacidad para generar electricidad durante 24 horas al día. Es un ejemplo de la innovación en tecnología de almacenamiento de energía solar. |