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¿Qué son los helióstatos y para qué sirven?

marzo 17, 2022
¿Qué son los helióstatos y para qué sirven?

Heliostato barato

Hace muchos años me di cuenta de que los azulejos de vidrio de espejo baratos costaban menos de 1,00 $/pie² (0,59 $ en aquella época). Los colectores de placa plana suelen necesitar dos capas de aislamiento transparente que cuestan cada una más de 2,00 $/pie². Los colectores de placa plana también necesitan una capa de aislamiento en la parte posterior. Los colectores de placa plana no suelen estar orientados de forma óptima hacia el sol.

Se puede considerar que toda la luz del sol es paralela, porque está muy lejos. Cada espejo está ajustado inicialmente para que cada uno refleje la luz en el mismo punto. Cuando el sol se mueve en cualquier dirección, todos los espejos se ajustan exactamente en la misma medida para seguir al sol y siguen reflejando la luz en el mismo punto. Esto es matemáticamente exacto y funciona en cualquier parte del mundo cuando se refleja en cualquier punto. También funciona con cualquier disposición arbitraria de los espejos. (No voy a discutir la prueba aquí, sólo confía en mí por ahora).

Llevo pensando en estos conceptos desde 1972. El germen de la idea surgió durante una de las crisis energéticas. Estaba pensando en el seguimiento de los colectores térmicos y entonces me vino a la cabeza la idea de «¡AHA! La idea de que los espejos son mucho más baratos que los colectores planos fue muy poderosa. El pensamiento secundario de que el colector real puede ser estacionario y estar en el suelo fue una ventaja.

Horno solar

Los recursos renovables. Es un problema al que nos enfrentamos cada día, nos demos cuenta o no. Con cada bombeo de una manivela de gas, con cada pisada del acelerador de un coche, con cada enchufe de los cargadores de nuestros smartphones, estamos consumiendo combustible. Y un día, ese combustible se agotará. Entonces, ¿por qué no utilizamos la única fuente de energía que no se va a agotar: el sol?

El sol es una entidad magnífica. Proporciona al mundo energía suficiente para alimentar a toda la civilización. El único problema es cómo capturar y aprovechar esa energía. ¿De qué sirve un montón de energía gratuita si no podemos convertirla en un medio útil? Ahí está el problema, y es mucho más difícil de resolver de lo que se imagina.

«Un momento», dirás, «¡tenemos electricidad solar comercial desde los años 80!». Y tiene razón al decir eso. Sin embargo, el problema no está en cómo convertir la energía del sol en electricidad. Ya sabemos cómo hacerlo, sólo que no a un nivel que pueda ser consumido en masa. Para entender los límites de la energía solar, tenemos que saber cómo funcionan los paneles solares.

Central de heliostatos

El proyecto Ivanpah Solar acaba de celebrar la instalación del heliostato número 100.000. Pero, ¿qué es un heliostato?    La palabra «heliostato» viene de las palabras griegas helios (sol) y stat (estacionario), y significa un dispositivo que sigue al sol desde un punto estacionario. Para aprovechar la energía del sol, primero hay que captar su luz solar, lo que se llama «flujo».

La mayoría de las tecnologías de concentración solar utilizan espejos para concentrar el flujo, y hay una amplia gama de diseños de heliostatos utilizados en la industria. BrightSource ha desarrollado varias versiones del heliostato de panel plano y sigue mejorando el diseño y la funcionalidad del dispositivo de reflexión del flujo. Nuestros heliostatos están fabricados con espejos especialmente diseñados para soportar el calor y los vientos del desierto mientras siguen y reflejan los rayos del sol en la caldera de la torre de energía para crear vapor a alta temperatura.

En 2007, nuestros primeros heliostatos se construyeron para el Centro de Desarrollo de la Energía Solar (SEDC) de 6MW.  Los heliostatos del SEDC son de un solo panel y tienen una superficie reflectante de 78 pies cuadrados. Cada espejo está conectado a un sistema de seguimiento de dos ejes, lo que permite que el espejo se mueva en el pilón 360 grados para conseguir una reflexión óptima. El equipo del SEDC fabricó entre 15 y 20 heliostatos al día para la instalación de demostración y, tras cinco meses de trabajo, el equipo instaló más de 1.600 heliostatos en el campo solar del SEDC.

Significado de Heliostats

Entre las plantas de energía solar concentrada, se considera que los sistemas de torre solar son los que tienen mayor potencial en términos de eficiencia y reducción de costes. En particular, pueden ahorrarse costes en los espejos (helióstatos), que representan entre el 30 y el 40% de la inversión. La calibración o el control frecuente de los puntos de mira de los helióstatos es un enfoque. En el proyecto HelioControl, el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE ha desarrollado un sistema de calibración y control basado en el procesamiento digital de imágenes para los campos de los helióstatos. Con este método, se pueden determinar por primera vez los puntos de puntería de muchos helióstatos durante su funcionamiento de forma oportuna y rentable.

Estructura esquemática del sistema de control de procesamiento de imágenes «HelioControl» para la verificación y el ajuste de los puntos de puntería, como bucle de control cerrado y como complemento de los sistemas de control de campos solares comerciales existentes.

En las centrales termosolares de torre, puede haber varios cientos, decenas de miles o incluso cientos de miles de espejos que concentran los rayos del sol en un absorbedor central (receptor) situado en la parte superior de una torre central. El calor generado se transfiere a un medio de transferencia de calor (por ejemplo, sales fundidas), que se utiliza para generar vapor y accionar una turbina. En combinación con una unidad de almacenamiento térmico, el calor almacenado también puede utilizarse para generar electricidad por la noche.

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