Un reflector lineal compacto de Fresnel ( CLFR ), también conocido como reflector lineal de Fresnel concentrador , es un tipo específico de tecnología de reflector lineal de Fresnel ( LFR ). Se denominan así por su similitud con una lente de Fresnel , en la que se combinan muchos fragmentos de lente pequeños y delgados para simular una lente simple mucho más gruesa. Estos espejos son capaces de concentrar la energía del sol a aproximadamente 30 veces su intensidad normal . [1]
Los reflectores lineales Fresnel utilizan segmentos largos y delgados de espejos para enfocar la luz solar sobre un absorbedor fijo ubicado en un punto focal común de los reflectores. Esta energía concentrada se transfiere a través del absorbedor a un fluido térmico (normalmente se trata de aceite capaz de mantener un estado líquido a temperaturas muy altas). Luego, el fluido pasa por un intercambiador de calor para alimentar un generador de vapor . A diferencia de los reflectores lineales Fresnel tradicionales, los reflectores lineales Fresnel utilizan múltiples absorbedores en las proximidades de los espejos.
El primer sistema de energía solar con reflector Fresnel lineal fue desarrollado en Italia en 1961 por Giovanni Francia de la Universidad de Génova . [2] Francia demostró que un sistema de este tipo podía crear temperaturas elevadas capaces de hacer que un fluido realizara un trabajo. La tecnología fue investigada más a fondo por empresas como FMC Corporation durante la crisis del petróleo de 1973 , pero permaneció relativamente intacta hasta principios de la década de 1990. [1] En 1993, se desarrolló el primer CLFR en la Universidad de Sydney en 1993 y se patentó en 1995. En 1999, el diseño del CLFR se mejoró con la introducción del absorbedor avanzado. [2] En 2003, el concepto se extendió a la geometría 3D . [3] Una investigación publicada en 2010 mostró que se podían obtener concentraciones más altas y/o ángulos de aceptación más altos utilizando ópticas sin formación de imágenes [4] para explorar diferentes grados de libertad en el sistema, como variar el tamaño y la curvatura de los helióstatos , colocarlos a una altura variable (en una curva en forma de onda) y combinar los primarios resultantes con los secundarios sin formación de imágenes. [5]
Los reflectores están ubicados en la base del sistema y hacen converger los rayos del sol en el absorbedor. Un componente clave que hace que todos los LFR sean más ventajosos que los sistemas tradicionales de espejos parabólicos es el uso de "reflectores Fresnel". Estos reflectores hacen uso del efecto de lente Fresnel , que permite un espejo concentrador con una gran apertura y una longitud focal corta , al tiempo que reduce simultáneamente el volumen de material necesario para el reflector. Esto reduce en gran medida el costo del sistema, ya que los reflectores parabólicos de vidrio combado suelen ser muy caros. [2] Sin embargo, en los últimos años la nanotecnología de película delgada ha reducido significativamente el costo de los espejos parabólicos. [6]
Un desafío importante que debe abordarse en cualquier tecnología de concentración solar es el ángulo cambiante de los rayos incidentes (los rayos de sol que inciden en los espejos) a medida que el sol avanza a lo largo del día. Los reflectores de un CLFR suelen estar alineados en una orientación norte-sur y giran sobre un solo eje utilizando un sistema de seguimiento solar controlado por computadora . [7] Esto permite que el sistema mantenga el ángulo de incidencia adecuado entre los rayos del sol y los espejos, optimizando así la transferencia de energía.
El absorbedor está ubicado en la línea focal de los espejos. Corre paralelo y por encima de los segmentos del reflector para transportar la radiación hacia algún fluido térmico de trabajo. El diseño básico del absorbedor para el sistema CLFR es una cavidad de aire invertida con una cubierta de vidrio que encierra tubos de vapor aislados, como se muestra en la figura 2. Se ha demostrado que este diseño es simple y rentable, con un buen rendimiento óptico y térmico. [1]
Para un rendimiento óptimo del CLFR, se deben optimizar varios factores de diseño del absorbedor.
A diferencia del LFR tradicional, el CLFR utiliza múltiples absorbedores en las proximidades de sus espejos. Estos absorbedores adicionales permiten que los espejos alternen su inclinación, como se ilustra en la figura 3. Esta disposición es ventajosa por varias razones.
Areva Solar (Ausra) construyó una planta de reflectores lineales Fresnel en Nueva Gales del Sur, Australia. Inicialmente, se trataba de una prueba de 1 MW en 2005, que se amplió a 5 MW en 2006. Esta planta de reflectores complementó la central eléctrica de carbón Liddell de 2000 MW. [9] La energía generada por el sistema de vapor solar térmico se utiliza para proporcionar electricidad para el funcionamiento de la planta, compensando el uso de energía interna de la misma. AREVA Solar construyó la planta de energía solar térmica Kimberlina de 5 MW en Bakersfield, California, en 2009. [10] Esta es la primera planta comercial de reflectores lineales Fresnel en los Estados Unidos. Los colectores solares se produjeron en la fábrica de Ausra en Las Vegas. En abril de 2008, AREVA abrió una gran fábrica en Las Vegas, Nevada, para producir reflectores lineales Fresnel. [11] Se planeó que la fábrica fuera capaz de producir suficientes colectores solares para proporcionar 200 MW de energía por mes. [10]
En marzo de 2009, la empresa alemana Novatec Biosol construyó una planta de energía solar Fresnel conocida como PE 1. La planta de energía solar térmica utiliza un diseño óptico lineal Fresnel estándar (no CLFR) y tiene una capacidad eléctrica de 1,4 MW. PE 1 consta de una caldera solar con una superficie de espejo de aproximadamente 18.000 m2 ( 1,8 ha; 4,4 acres). [12] El vapor se genera concentrando la luz solar directamente sobre un receptor lineal, que está a 7,40 metros (24,28 pies) sobre el suelo. [12] Un tubo absorbente se coloca en la línea focal del campo de espejo; el agua se calienta hasta convertirse en vapor saturado a 270 °C (543 K; 518 °F). Este vapor, a su vez, alimenta un generador. [12] El éxito comercial de PE 1 llevó a Novatec Solar a diseñar una planta de energía solar de 30 MW conocida como PE 2. PE 2 ha estado en operación comercial desde 2012. [13]
A partir de 2013, Novatec Solar desarrolló un sistema de sales fundidas en cooperación con BASF . [14] Utiliza sales fundidas como fluido de transferencia de calor en el colector, que se transfiere directamente a un almacenamiento de energía térmica. Una temperatura de la sal de hasta 550 °C (823 K; 1.022 °F) facilita el funcionamiento de una turbina de vapor convencional para la generación eléctrica , la recuperación mejorada de petróleo o la desalinización . Se realizó una planta de demostración de sales fundidas en PE 1 para probar la tecnología. Desde 2015, FRENELL GmbH, una compra de la gerencia de Novatec Solar , se hizo cargo del desarrollo comercial de la tecnología de sales fundidas directas.
Solar Fire, una ONG de tecnología apropiada en India, ha desarrollado un diseño de código abierto para un pequeño concentrador Fresnel de 12 kW de potencia pico, operado manualmente, que genera temperaturas de hasta 750 °C (1020 K; 1380 °F) y puede usarse para diversas aplicaciones térmicas, incluida la generación de electricidad a vapor. [15] [16]
El sistema CSP más grande que utiliza tecnología de reflector Fresnel lineal compacto es la planta CSP Reliance Areva de 125 MW en India. [17]
En China, se ha estado construyendo desde 2016 un proyecto Fresnel a escala comercial de 50 MW que utiliza sal fundida como medio de transferencia de calor. Después de la conexión a la red en 2019, ahora parece funcionar con éxito, a partir de 2021. [18]
