Un reflector Fresnel lineal compacto ( CLFR ), también conocido como reflector Fresnel lineal concentrador , es un tipo específico de tecnología de reflector Fresnel lineal ( LFR ). Reciben su nombre por su similitud con una lente de Fresnel , en la que muchos fragmentos de lente pequeños y delgados se combinan para simular una lente simple mucho más gruesa. Estos espejos son capaces de concentrar la energía del sol hasta aproximadamente 30 veces su intensidad normal . [1]
Los reflectores lineales de Fresnel utilizan segmentos largos y delgados de espejos para enfocar la luz solar en un absorbente fijo ubicado en un punto focal común de los reflectores. Esta energía concentrada se transfiere a través del absorbente a algún fluido térmico (normalmente es aceite capaz de mantener el estado líquido a temperaturas muy altas). Luego, el fluido pasa a través de un intercambiador de calor para alimentar un generador de vapor . A diferencia de los LFR tradicionales, el CLFR utiliza múltiples absorbentes cerca de los espejos.
El primer sistema de energía solar con reflector lineal de Fresnel fue desarrollado en Italia en 1961 por Giovanni Francia de la Universidad de Génova . [2] Francia demostró que un sistema de este tipo podría crear temperaturas elevadas capaces de hacer que un fluido funcione. 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 los años 1990. [1] En 1993, el primer CLFR se desarrolló en la Universidad de Sydney y se patentó en 1995. En 1999, el diseño del CLFR se mejoró con la introducción del absorbente avanzado. [2] En 2003 el concepto se amplió a la geometría 3D . [3] Una investigación publicada en 2010 demostró que se podrían obtener concentraciones más altas y/o ángulos de aceptación más altos utilizando ópticas sin imágenes [4] para explorar diferentes grados de libertad en el sistema, como variar el tamaño y la curvatura de los helióstatos , colocándolos en una altura variable (en una curva en forma de onda) y combinando el primario resultante con los secundarios sin imágenes. [5]
Los reflectores están ubicados en la base del sistema y hacen converger los rayos del sol en el absorbente. Un componente clave que hace que todos los LFR sean más ventajosos que los sistemas tradicionales de espejos cilindroparabólicos es el uso de "reflectores Fresnel". Estos reflectores utilizan el efecto de lente Fresnel , que permite un espejo concentrador con una gran apertura y una distancia focal corta y, al mismo tiempo, reduce el volumen de material requerido para el reflector. Esto reduce en gran medida el coste del sistema, ya que los reflectores parabólicos de vidrio inclinado suelen ser muy caros. [2] Sin embargo, en los últimos años la nanotecnología de película fina ha reducido significativamente el coste 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 luz solar que inciden en los espejos) a medida que el sol avanza a lo largo del día. Los reflectores de un CLFR generalmente están alineados en orientación norte-sur y giran alrededor de un solo eje mediante 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 absorbente se encuentra en la línea focal de los espejos. Corre paralelo y por encima de los segmentos del reflector para transportar la radiación a algún fluido térmico de trabajo. El diseño básico del absorbente 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 Fig.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 absorbente.
A diferencia del LFR tradicional, el CLFR utiliza múltiples absorbentes cerca de sus espejos. Estos absorbentes adicionales permiten que los espejos alternen su inclinación, como se ilustra en la Fig. 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 una prueba de 1 MW en 2005, se amplió a 5 MW en 2006. Esta planta reflectora complementó la central eléctrica de carbón Liddell de 2.000 MW. [9] La energía generada por el sistema solar térmico de vapor se utiliza para proporcionar electricidad para el funcionamiento de la planta, compensando el uso interno de energía de la planta. 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 lineal con reflector 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 termosolar utiliza un diseño óptico lineal Fresnel estándar (no CLFR) y tiene una capacidad eléctrica de 1,4 MW. PE 1 comprende una caldera solar con una superficie de espejo de aproximadamente 18.000 m 2 (1,8 ha; 4,4 acres). [12] El vapor se genera concentrando la luz solar directamente en un receptor lineal, que se encuentra a 7,40 metros (24,28 pies) del suelo. [12] Se coloca un tubo absorbente en la línea focal del campo del espejo donde el agua se calienta hasta convertirla 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 colaboración 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; 1022 °F) facilita el funcionamiento de una turbina de vapor convencional para generación de electricidad , recuperación mejorada de petróleo o desalinización . En PE 1 se construyó una planta de demostración de sales fundidas para probar la tecnología. Desde 2015, FRENELL GmbH, una empresa adquirida por la dirección de Novatec Solar, se hizo cargo del desarrollo comercial de la tecnología directa de sales fundidas.
Solar Fire, una ONG de tecnología apropiada en la India, ha desarrollado un diseño de código abierto para un pequeño concentrador Fresnel de 12 kW de pico, operado manualmente, que genera temperaturas de hasta 750 °C (1020 K; 1380 °F) y puede usarse para varios Aplicaciones térmicas, incluida la generación de electricidad mediante vapor. [15] [16]
El sistema CSP más grande que utiliza tecnología de reflector lineal compacto de Fresnel es la planta CSP Reliance Areva de 125 MW en India. [17]
En China, desde 2016 se está construyendo un proyecto Fresnel a escala comercial de 50 MW que utiliza sales fundidas 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]
