Las celdas solares modernas son tan buenas para convertir la luz solar en electricidad que los paneles fotovoltaicos (PV) de panel plano de hoy en día son baratos, eficientes, duraderos y abundantes. Como mencioné el mes pasado, económicamente superan concentrador fotovoltaico (CPV), que usan lentes o espejos curvos para enfocar los rayos del sol en pequeñas células solares. A pesar de mostrar una gran promesa inicial, los CPV de hoy parecen demasiado complicados y costosos para tener éxito.

Hay, sin embargo, otro tipo de energía solar que encuentro emocionante, que usa la luz del sol para calentar un líquido que retiene el calor. El fluido caliente se puede usar para hervir agua y el vapor resultante impulsa una turbina para generar electricidad. Conocido como energía solar de concentración (CSP), solo es realmente económico a gran escala, pero tiene una gran ventaja. Como los líquidos de la CSP se pueden almacenar, la energía se puede convertir en electricidad incluso cuando el sol no brilla.

La energía solar concentrada tiene una gran ventaja: la energía se puede convertir en electricidad incluso cuando el sol no brilla.

Según la Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU., se han probado tres tipos principales de CSP a lo largo de los años. Primero hay sistemas concentradores lineales, que utilizan largos espejos en forma de U para recoger la energía del sol. Los motores inclinan activamente los espejos hacia el Sol, enfocando la luz del sol en los tubos (receptores) que corren a lo largo de los espejos. Los tubos, que contienen el fluido caliente, generalmente se colocan en canales que se encuentran a lo largo de la línea focal del espejo, aunque a veces se coloca un solo tubo sobre varios espejos.

Otro tipo de CSP utiliza un plato espejado más bien como una gran antena parabólica. Para minimizar los costos, el plato no es una estructura única, sino que generalmente se compone de muchos espejos planos más pequeños. La superficie curva dirige y concentra la luz solar sobre un receptor térmico, que absorbe y recoge el calor. El fluido caliente calienta un gas en una versión del motor Stirling clásico, moviendo pistones para crear potencia mecánica, que impulsa un generador.

Finalmente hay “sistemas de torres de energía”, que utilizan un gran campo de espejos planos de seguimiento solar. Conocidos como helióstatos, enfocan y concentran la luz solar en un receptor en la parte superior de una torre. Al igual que con los otros CSP, un fluido de transferencia de calor calentado en el receptor genera vapor para impulsar una turbina. La mayoría usa sales fundidas como un fluido de transferencia de calor que puede almacenar energía para su uso durante la noche o cuando está nublado.

Fortunas mixtas

Había más de 90 CSP en funcionamiento en todo el mundo a finales de 2021, y España y EE. UU. representaban más de la mitad de la capacidad instalada mundial de 6.4 GW. Los ejemplos incluyen los 110 MW Dunas Crecientes planta en Nevada (que usa sales fundidas) y la planta de 394 MW proyecto ivanpah en California (que funciona con agua). La belleza de los CSP es que todos son altamente eficientes. Los sistemas de torres de energía (donde el fluido está entre 250 y 565 °C) pueden convertir hasta el 35 % de toda la energía solar en electricidad, mientras que los sistemas de antena parabólica (que funcionan entre 550 y 750 °C) pueden tener una eficiencia de hasta el 34 %.

Según la un informe de 2021 de la Asociación Internacional de Energía Renovable (IREA), el coste nivelado de la electricidad (LCOE), una especie de coste neto medio, de los CSP se ha reducido drásticamente en los últimos años. En la década hasta 2020, el LCOE promedio ponderado global de las plantas de CSP recién puestas en servicio cayó un 70 %, de 0.361 USD/kWh a 0.107 USD/kWh. Las reducciones han sido impulsadas en gran medida por el hecho de que estas plantas pueden operar a temperaturas cada vez más altas, lo que reduce los costos de almacenamiento y les permite funcionar durante períodos más largos.

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Para las plantas puestas en servicio entre 2016 y 2020, el informe de IRENA encontró que alrededor de cuatro quintas partes tenían al menos cuatro horas de almacenamiento, mientras que el 35 % tenía ocho horas o más. Se espera que esta tendencia se acelere aún más, ya que IRENA descubrió que el tiempo promedio de almacenamiento había aumentado de 4.7 horas para los proyectos encargados en 2020 a 17.5 horas para los encargados el año siguiente. El tamaño medio de los proyectos de CSP en 2021 fue de unos respetables 110 MW.

Preocupaciones de costos

Pero los sistemas CSP no son perfectos. Usan mucha agua y no es barato mantener limpios los espejos, lo cual es vital si desea mantener su eficiencia alta. Y, por supuesto, estos sistemas solo funcionan bien si hay mucha luz solar, lo que los hace poco prácticos en muchas partes del mundo. Además, el costo de las fuentes de energía renovables rivales se ha desplomado.

Según IRENA, el LCOE de la energía solar fotovoltaica ha caído un 88 % desde 2010 hasta 0.08 $/kWh, mientras que la energía eólica terrestre ha caído un 68 % durante ese tiempo hasta 0.033 $/kWh y la energía eólica marina ha disminuido un 60 % hasta 0.075 $/kWh. A pesar de su reciente caída de precio, la CSP sigue siendo mucho más alta, a 0.107 $/kWh. Hace que la CSP parezca antieconómica, aunque esta cifra principal incluye el costo de almacenar la energía, que se omite en los otros números de LCOE.

A pesar de todas las promesas, los sistemas de energía solar concentrada están muy por detrás de los paneles solares fotovoltaicos convencionales.

Aún así, a pesar de todas las promesas, los CSP están muy por detrás de los paneles solares fotovoltaicos convencionales, que tenían una capacidad instalada total de 957 GW en 2021. Los paneles solares fotovoltaicos son simplemente una tecnología fácil y escalable, siempre que, por supuesto, pueda almacenar la energía en baterías. . Dada la enorme cantidad de trabajo que se dedica al desarrollo de baterías para vehículos eléctricos, estoy seguro de que la energía solar fotovoltaica hará que la CSP con almacenamiento térmico corra por su dinero durante los próximos 20 años.

Como concluye el informe IRENA 21: “En ausencia de un fuerte apoyo político global para la CSP, el mercado sigue siendo pequeño y la cartera de nuevos proyectos poco ambiciosa”. Me parece decepcionante, dada la notable caída de los costes de la CSP desde 2010 y su capacidad para proporcionar energía gestionable las 24 horas del día, los 7 días de la semana en zonas soleadas a un precio razonable. Lamentablemente, la producción de energía tiene que ver con la economía, y la CSP siempre intenta ponerse al día con los costos.

Pero quizás no todo esté perdido. En primer lugar, el precio de las baterías necesarias para la energía solar fotovoltaica podría dispararse, ya que requieren materiales raros que algún día podrían volverse costosos. En segundo lugar, la investigación sugiere que el calor almacenado en los CSP podría usarse para producir una variedad de "combustibles verdes", como hidrógeno o amoníaco. Quizás algún día los CSP incluso puedan trabajar en asociación con su némesis, el panel solar fotovoltaico plano, para producir electricidad y combustible las XNUMX horas del día.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/why-you-should-concentrate-on-this-form-of-solar-power/