7. Plantas fotovoltaicas y termosolares

Introducción

El Sol envía energía a la Tierra en forma de radiación electromagnética con un espectro muy similar al que emite un emisor perfecto (cuerpo negro) que estuviese a 5.504ºC. Las longitudes de onda entre las que la radiación solar es significativa abarcan desde 200 nm hasta 3.000 nm. El valor instantáneo de radiación puede alcanzar los 1.000 W/m2, llegando a ser nulo por la noche. En presencia de nubes la radicación se reduce considerablemente (200 ÷ 300 W/m2), pero sin anularse completamente.

Al igual que otras fuentes renovables, como la energía eólica, el recurso está sujeto a variabilidad debido a la nubosidad, pero su variación resulta predecible con bastante aproximación. Evidentemente, es un recurso intermitente al no existir durante la noche. Por otra parte, es un recurso muy distribuido, alcanzando diferencias muy acusadas en función de la latitud geográfica. A título orientativo, en Madrid la radiación media es del orden de 1.600 kWh/m2-año. Ampliar contenido

La radiación procedente del sol al atravesar la atmósfera sufre una serie de procesos que atenúan su valor y modifican la dirección de algunos rayos. De este modo, la radiación que incide sobre una superficie en la Tierra (un receptor solar) puede ser directa o difusa. La radiación directa es aquella que no ha sufrido cambios de dirección entre su camino desde el Sol al receptor. Por el contrario, la radiación difusa procede de los cambios de dirección experimentados en la atmósfera o bien de la reflexión de la radiación directa que incide sobre el suelo.

Las tecnologías solares aprovechan de diferente forma la radiación solar:

- Fotovoltaica. Se basa en el efecto del mismo nombre por el que se logra lo que se conoce como conversión directa de energía. Es decir, mediante el efecto fotovoltaico en una célula solar se transforma la energía electromagnética de la radiación solar directamente en energía eléctrica.

- Termosolar. La conversión se ha de realizar en dos fases. En primer lugar la radiación es convertida en energía térmica, para con ella en una segunda fase descargar dicha energía térmica sobre el bloque de potencia que transforma la energía térmica en eléctrica.

El efecto fotovoltaico sólo se produce con la radiación de menor longitud de onda (por debajo de 100 nm), si bien permite aprovechar tanto la radiación directa como la difusa; los sistemas termoeléctricos, por el contrario, requieren concentrar la radiación para producir energía térmica de alta temperatura, por lo que sólo pueden aprovechar la energía solar directa (necesitan rayos con una dirección definida para reflejarlos todos hacia un mismo punto). Existen sistemas fotovoltaicos especiales que también emplean concentración, en cuyo caso sólo aprovecharían la radiación solar directa.

Desde el punto de vista de la energía eléctrica generada y su integración en la red eléctrica, ambas tecnologías presentan un comportamiento diferente. La tecnología fotovoltaica produce corriente continua, que ha de ser transformada en alterna antes de su vertido a la red. Por el contrario, la tecnología termosolar produce corriente alterna mediante un bloque de potencia similar al empleado en las centrales de carbón o nucleares. Esto supone que el comportamiento desde el punto de vista de estabilidad en la red y su regulación es diferente: mientras las termosolares aportan inercia como las demás turbinas de vapor, las fotovoltaicas no lo hacen, por lo que existe un límite técnico a la máxima penetración de energía eléctrica de origen fotovoltaico con objeto de no desestabilizar el sistema eléctrico tal como está concebido en la actualidad.

Por otra parte, si bien ambas tecnologías permiten el almacenamiento de energía para poder seguir generando en ausencia de radiación, emplean mecanismos diferentes. Así, las plantas fotovoltaicas almacenan la electricidad producida en baterías, que luego es entregada al consumo. Por el contrario, las plantas termosolares almacenan energía térmica, que luego es descargada sobre el bloque de potencia para transformarse en electricidad. De las dos soluciones, las baterías sólo se emplean para sistemas que operan sin conexión a red, mientras que el almacenamiento térmico se integra en centrales termosolares en red, permitiendo almacenar elevadas cantidades de energía.

Sumario
Autor
José Ignacio Linares Hurtado

Dr. Ingeniero Industrial (1997) e Ingeniero Industrial del ICAI (1992). Desde 1992 trabaja en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería (ICAI) donde en la actualidad es Profesor Propio Ordinario e imparte Termodinámica y Tecnologías Energéticas. Dirigió el Departamento de Fluidos y Calor entre 1998 y 2004, la Cátedra Rafael Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas entre 2005 y 2008 y el Departamento de Ingeniería Mecánica desde entonces. Sus áreas de investigación son los ciclos de conversión de potencia termoeléctrica, sistemas térmicos de alta eficiencia, cogeneración y modelado de sistemas térmicos en general. Ha participado en proyectos nacionales e internacionales para el desarrollo del bloque de potencia en el futuro DEMO de fusión y en proyectos para empresas sobre la viabilidad de sistemas de recuperación de energía mediante ciclos de Rankine orgánicos (ORC).

Documentación