Créditos de imagen: SBP Sonne

Los campos de helióstatos generalmente contribuyen en un 50 % a la inversión de capital en centrales de torre CSP, según indica un estudio realizado por SBP Sonne, la empresa alemana que ha diseñado el helióstato Stellio.

Las centrales termosolares de torre están destinadas a desempeñar un papel cada vez más preponderante en el panorama de la CSP. En la actualidad se están construyendo 487 MW de potencia eléctrica en centrales de torre, lo cual suma un 44 % de la potencia eléctrica termosolar total en fase de construcción, según los datos proporcionados por el Global Tracker de CSP Today.

Además, se están desarrollando 575 MW adicionales de potencia eléctrica, lo que representa el 36 % de los proyectos, según muestran dichos datos.

SBP Sonne calcula que con Stellio se logará un coste de campo solar de 100 euros por metro cuadrado y una reducción del LCOE de en torno al 20 %, en comparación con los diseños de helióstatos actuales más competitivos. Alrededor de un 15 % de esta reducción de costes provendrá de la disminución del coste del helióstato y el 5 % de una reducción de la superficie reflectante debido al incremento de la eficiencia.

“Para llevar a cabo esta comparación, adoptamos un método de evaluación holístico, tomando como referencia el helióstato más utilizado hoy en día. Diseñamos una central termosolar de torre de grandes dimensiones, utilizando datos meteorológicos de Sudáfrica, además de otros datos de costes provenientes de diversas publicaciones y de nuestra propia experiencia”, explicó Markus Balz, Director Ejecutivo de SBP Sonne, a CSP Today.

“Hallamos un LCOE para una torre termosolar de 100 MW que utiliza Stelios, en Upington, Sudáfrica, de 144 USD/MWh”, afirmó Balz, pese a lo cual advirtió de que el LCOE dependería en gran medida de factores como los niveles de radiación, los costes de otros componentes de la central y el grado de desarrollo del proyecto, así como los tipos de interés y períodos de amortización.

Para cada tipo de helióstato diseñado se ha optimizado la central en términos de dimensiones del receptor, altura de la torre y disposición del campo. Así, se ha determinado el LCOE para cada caso particular.

Balz aseguró también que la tecnología está lista para su comercialización.

“Nuestro consorcio ya la ha ofrecido como solución llave en mano para un importante proyecto termosolar en Sudáfrica, que pronto haremos público”, afirmó.

Mayoristas

Conforme se construyen centrales CSP con potencias eléctricas mayores, estas emplean un número cada vez más elevado de helióstatos.

En el Centro de Desarrollo de Energía Solar de 6 MWth de Brightsource, ubicado en Rotem, Israel, que entrará en funcionamiento en 2007, se utilizaron ya 1600 helióstatos. En la central de 20 MW Gemasolar de Torresol, finalizada en 2011 en el sur de España, se emplearon unos 2650 helióstatos. La central de 110 MW Crescent Dunes de SolarReserve en Nevada, EE. UU., en funcionamiento desde finales del 2015, alberga la suma de 10.347 helióstatos.

“Las centrales más grandes poseen amplios campos solares con un elevado número de helióstatos y una gran distancia entre estos y el receptor central. Esto produce mayores pérdidas ópticas, absorción atmosférica y desviación angular debido a las imperfecciones en los espejos y en el seguimiento solar”, según indica un informe sumario sobre tecnología CSP de 2013 realizado por la Agencia Internacional de Energía (AEI-ESPA) y la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA).

Un número mayor de helióstatos implica también mayores costes de instalación, lo cual, combinado con las pérdidas ópticas, se suma al coste medio de generación de electricidad (LCOE). SBP Sonne estudió formas distintas de minimizar el LCOE de las centrales de torre mediante el análisis de todas las tecnologías de helióstatos existentes y sus costes asociados.

DIcha investigación condujo al desarrollo del helióstato Stellio, el cual se diseñó inicialmente en colaboración con SASOL, el grupo energético y químico sudafricano. Después de que SASOL se apeara del proyecto, SBP se asoció con las empresas españolas Masermic, fabricante de equipos electrónicos para el control del seguimiento solar y de automóviles de alta gama, e Ingemetal Solar, especialista en la fabricación, ensamblaje e instalación de colectores de sistema cilindro-parabólico.

Forma novedosa

Stellio tiene una forma pentagonal (redondeada), en vez del diseño rectangular anterior, la cual permite campos densos de helióstatos con mínimas sombras y obstrucciones, y una atenuación atmosférica reducida, aseguró Balz.

Cada helióstato posee su propio ‘ADN’, consistente en una cadena de información que describe sus propiedades específicas. El software de control inteligente permite que el sistema recoja datos de forma continuada y que el ADN del helióstato esté actualizado en todo momento.

Stellio obtuvo recientemente el reconocimiento de dos empresas independientes: el CIEMAT, Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, supeditado al Ministerio de Economía y Competitividad, y CSP Services, una empresa segregada del DLR (Centro Aeroespacial Alemán) dedicada al control independiente de calidad.

Para analizar el rendimiento óptico y geométrico, CSP Services midió la forma del reflector de Stellio utilizando la demostrada técnica de deflectometría de la PSA, el laboratorio español de investigación de aplicaciones industriales para CSP.

“Stellio cierra una brecha en el campo de la CSP al introducir un heliostato de tamaño medio con un diseño rentable y una calidad óptica excelente para un amplio abanico de aplicaciones”, explicó Steffen Ulmer, ingeniero industrial mecánico y cofundador de CSP Services, a CSP Today.

“Aparece con una forma novedosa (pentagonal) que permite reducir los efectos de las obstrucciones y las sombras en el campo solar, al tiempo que permite reducciones rentables de las dimensiones estándar de los vidrios”, declaró Ulmer. La totalidad del diseño, incluyendo los dispositivos de activación, satisface el objetivo de reducción de coste por metro cuadrado del área de reflector instalado, sin comprometer el rendimiento técnico, aseguró.

Diseño inteligente

Según Gerhard Weinrebe, asociado de SBP Sonne, Stellio abarata los costes al emplear dispositivos de activación lineales —adaptados a los productos básicos— en ambos ejes.

El diseño también evita grandes deformaciones estructurales en las esquinas de los reflectores, bastante frecuentes en los diseños de helióstatos más comunes, gracias a una estructura simétrica con igual rigidez en todas las direcciones. Todos los ‘brazos’ que sujetan los elementos de los espejos están dispuestos de forma radial y son esencialmente iguales. Las cargas tales como el peso del sistema o el producido por el viento se transfieren directamente desde los elementos de los espejos hacia el eje y el poste central.

La empresa también utiliza técnicas de construcción innovadoras para limitar los costes de producir una alta calidad óptica.

“Los espejos estándar de vidrio flotado, en comparación con los caros diseños de material compuesto, se ensamblan mediante sujeciones utilizando una tecnología inteligente (pendiente de patente) para compensar las imprecisiones de la acerías. El resultado es un concentrador verdaderamente preciso”, afirmó Weinrebe.

La precisión en la inclinación se logra durante el ensamblado, y el sistema evita los efectos de retroceso puesto que los dispositivos lineales de activación soportan una gran carga de tracción en condiciones normales de operación.

El coste de los controladores locales y del motor también se reduce utilizando un diseño basado en tecnología de automoción.

La construcción de Stellio puede darse en una zona cercana a una central CSP, y cumplir con los criterios de contenidos locales y nacionales. Los paneles de espejos planos y dispositivos lineales de actuación no son específicos del diseño Stellio y la estructura de acero consta en su práctica totalidad de subensamblajes que pueden fabricarse en cualquier lugar siguiendo las pautas de control de calidad del promotor de la tecnología.

Por Heba Hashem

Traducido por Vicente Abella