Todas las tecnologías de concentración solar (CSP) utilizan una configuración de espejos para concentrar la energía de la luz solar en un receptor y convertirla en calor. El calor puede utilizarse entonces para crear vapor que accione una turbina para producir energía eléctrica o utilizarse como calor de proceso industrial.
Las plantas de energía solar de concentración pueden integrar sistemas de almacenamiento de energía térmica para utilizarla para generar electricidad durante los periodos nublados o durante las horas posteriores a la puesta o antes de la salida del sol.Esta capacidad de almacenar energía solar hace que la energía solar de concentración sea una fuente de energía renovable flexible y despachable.
Los sistemas de energía solar de concentración también pueden combinarse con centrales de ciclo combinado, dando lugar a centrales híbridas que proporcionan energía despachable de alto valor. También pueden integrarse en centrales térmicas ya existentes que utilicen un bloque de potencia como la ESTC; por ejemplo, centrales de carbón, gas natural, biocombustible o geotérmicas.
Las centrales ESTC también pueden utilizar combustibles fósiles para complementar la producción solar durante los periodos de baja radiación solar. En ese caso, se utiliza un calentador de gas natural o una caldera/recalentador de vapor de gas.
Hay cuatro tipos de tecnologías CSP, siendo la más temprana en uso la de canal, y la de mayor crecimiento a partir de 2017 la de torre. Para cada una de ellas, existen diversas variaciones de diseño o diferentes configuraciones, dependiendo de si se incluye el almacenamiento de energía térmica, y qué métodos se utilizan para almacenar térmicamente la energía solar.
Sistemas de canal parabólico:
En un sistema de CSP de canal parabólico, la energía del sol se concentra mediante reflectores curvados parabólicamente, con forma de canal, en un tubo receptor -el tubo absorbedor de calor- que discurre a lo largo de aproximadamente un metro por encima de la superficie curva de los espejos. La temperatura del fluido de transferencia de calor que fluye por el tubo, normalmente aceite térmico, aumenta de 293ºC a 393ºC, y la energía térmica se utiliza entonces en el bloque de energía térmica para generar electricidad en un generador de vapor convencional.
Un campo de colectores solares cilindro-parabólicos se compone de múltiples espejos en forma de cilindro parabólico en filas paralelas alineadas para permitir que estos espejos en forma de cilindro de un solo eje sigan el sol de este a oeste durante el día para garantizar que el sol se enfoque continuamente en los tubos receptores. A partir de 2018, el 90% de la CSP en operación comercial es de canalización. Base de datos de despliegue en canal.
Sistemas de torre de energía:
Los sistemas de torre de energía o de receptor central utilizan espejos de seguimiento del sol llamados heliostatos para enfocar la luz solar en un receptor en la parte superior de una torre. Un fluido de transferencia de calor calentado en el receptor hasta unos 600ºC se utiliza para generar vapor, que, a su vez, se utiliza en un turbogenerador convencional para producir electricidad.
Las primeras torres de energía utilizaban vapor como fluido de transferencia de calor, que no se presta al almacenamiento. Khi Solar One, en Sudáfrica, e Ivanpah, en California, funcionan comercialmente calentando directamente el agua hasta convertirla en vapor. Sin embargo, Gemasolar (2011), Crescent Dunes (2013) y Noor III (2018) utilizan sales fundidas debido a su mayor capacidad de transferencia de calor y de almacenamiento de energía.
Una gran cantidad de investigaciones están estudiando otros materiales de transferencia de calor o de almacenamiento de energía debido al potencial para alcanzar una mayor temperatura con las consiguientes ganancias de eficiencia que conducen a menores costes. Estos posibles materiales de almacenamiento de energía van desde el aire hasta las partículas de arena, pasando por mezclas alternativas de productos químicos. Base de datos de despliegue de torres.
Sistemas lineales de Fresnel:
Similar a las largas matrices de un sistema CSP de canal parabólico, un campo de colectores de concentración lineal consiste en un gran número de colectores en filas paralelas. Suelen estar alineados con una orientación norte-sur para maximizar la captación de energía anual y en verano. Los espejos se colocan planos en el suelo y reflejan la luz solar en el tubo superior. Al igual que las de artesa y torre, las Fresnel también pueden incorporar almacenamiento en un bloque de energía, o generar vapor para uso directo. Base de datos de despliegue de Fresnel.
Sistemas de disco parabólico:
Un sistema de disco parabólico consiste en un concentrador puntual de forma parabólica en forma de plato que refleja la radiación solar en un receptor montado en el punto focal. Estos concentradores se montan en una estructura con un sistema de seguimiento de dos ejes para seguir al sol. El calor recogido suele ser utilizado directamente por un motor térmico montado en el receptor que se mueve con la estructura del plato. La antena parabólica puede alcanzar temperaturas extremadamente altas y es prometedora para su uso en reactores solares para fabricar combustibles solares que requieren temperaturas muy altas. Los motores de ciclo Stirling y Brayton son actualmente los preferidos para la conversión de energía, aunque la antena parabólica rara vez se ha utilizado comercialmente para la generación de energía. Base de datos del despliegue de la antena parabólica.
