Hablemos sobre la energía solar térmica de concentración: cómo funciona, cómo se utiliza, cuáles son sus ventajas e inconvenientes y en qué se diferencia de la energía solar fotovoltaica.

planta de energía solar térmica de concentración

Vista área de Gemasolar, planta de energía solar térmica de concentración

¿Qué es la energía solar térmica de concentración?

La generación de electricidad a través de la energía solar concentrada (CSP, del inglés: Concentrated Solar Power) implica el uso de espejos para reflejar y enfocar la luz solar en un punto específico, lo que produce calor. Este calor se utiliza para generar vapor y, finalmente, producir energía eléctrica a través del accionamiento de una turbina. La tecnología CSP permite almacenar el calor generado, lo que permite su uso incluso en días nublados o durante las horas de poca luz.

De acuerdo con la Agencia Internacional de la Energía (AIE), la generación de energía a través de CSP experimentó un aumento del 34% en 2019. A pesar de este crecimiento significativo, todavía se necesitan mayores esfuerzos para alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) relacionados con la CSP, los cuales requieren un crecimiento promedio del 24% hasta el año 2030.

¿Cómo funciona la energía solar concentrada?

Las tecnologías CSP utilizan una configuración de espejos que concentra la energía solar del sol en un receptor, que la convierte en calor. A continuación, el calor se convierte en vapor para mover una turbina que produce energía eléctrica. Las centrales CSP pueden utilizar sistemas de almacenamiento de energía térmica para almacenar la energía hasta que se necesite, por ejemplo durante periodos de luz solar mínima. La capacidad de almacenar energía es lo que convierte a la CSP en una fuente flexible de energía renovable.

Los sistemas CSP también pueden combinarse con otras fuentes de energía para crear centrales híbridas. Por ejemplo, pueden integrarse con centrales térmicas que utilizan combustibles como el carbón, el gas natural y el biocombustible.

Existen cuatro tipos de tecnologías CSP :

  • Sistemas de colectores cilindro-parabólicos: Mediante este sistema, la energía solar se concentra en reflectores curvos con forma de colector, que se enfocan hacia un tubo receptor. El tubo suele contener aceite térmico, que se calienta y se utiliza en el bloque de energía térmica para generar electricidad en un generador de vapor.
  • Sistemas de torre de energía: Estos sistemas utilizan espejos llamados helióstatos que siguen al sol y concentran su energía en un receptor situado en lo alto de una torre. Un fluido (a menudo, sales fundidas) se calienta en el interior del receptor y se utiliza para generar vapor, que acciona una turbina generadora.
    heliostato

    Heliostato: espejo con sistema rotativo

  • Sistemas fresnel lineales: Se colocan muchos colectores en hileras. Los espejos se colocan planos sobre el suelo y reflejan el sol en el tubo receptor situado encima. Al igual que los sistemas cilindroparabólicos y de torre, los fresnel pueden integrar almacenamiento en un bloque de potencia o generar vapor directamente.
  • Sistemas de disco parabólico: Un disco de forma parabólica actúa como concentrador que refleja la energía solar en un receptor montado en una estructura con un sistema de seguimiento que sigue al sol. El calor recogido se genera en un motor térmico. La parábola puede alcanzar temperaturas muy elevadas, lo que hace que el sistema sea potencialmente adecuado para su uso en reactores solares.

Las ventajas de la energía solar térmica de concentración

planta de energía solar térmica de concentración

Vista a nivel de suelo de una planta de energía solar térmica de concentración


Quizá la ventaja más obvia de la energía solar térmica de concentración es que es renovable. Su suministro nunca se agotará y puede utilizarse continuamente, por lo que es una fuente de energía sostenible. También reduce la huella de carbono. A diferencia de los combustibles fósiles, que emiten dióxido de carbono al quemarse, la CSP utiliza los recursos naturales de la Tierra, lo que es más respetuoso con el medio ambiente. Puede mejorar la calidad del aire y reducir la tasa de cambio climático.

La CSP también proporciona una fuente de electricidad relativamente continua, sobre todo en comparación con la energía solar fotovoltaica (FV) y la eólica, que proporcionan suministros intermitentes. Como las centrales CSP pueden almacenar la energía solar en forma de sales fundidas, la electricidad generada es predecible y fiable.

La CSP puede integrarse fácilmente en centrales eléctricas de vapor ya existentes. Incluso las que funcionan con combustibles fósiles pueden utilizarse para sistemas CSP. El coste de funcionamiento de una central CSP también es inferior al de las centrales nucleares y las basadas en hidrocarburos, porque las operaciones y el mantenimiento son más sencillos.

La energía solar térmica de concentración puede utilizarse en combinación con otras fuentes de energía, lo que proporciona una red energética más segura. Cuando se utiliza en la combinación energética, la energía solar térmica de concentración puede ayudar a satisfacer la futura demanda de electricidad. También puede contribuir a la recuperación de petróleo, ya que el vapor que produce puede utilizarse para concentrar el petróleo pesado y facilitar así su bombeo.

Las desventajas de la energía solar térmica de concentración

incidencia luz espejos solares

La temperatura de la luz concentrada enviada a los espejos puede afectar a la fauna solar


A pesar de sus muchas ventajas, la energía solar térmica de concentración tiene sus inconvenientes. En primer lugar, depende en gran medida de la ubicación. Al igual que la energía solar fotovoltaica y la eólica, las centrales termosolares necesitan una gran extensión de terreno para funcionar, por lo que no son rentables en zonas pobladas.

La energía solar concentrada utiliza mucha agua para mover las turbinas de vapor y refrigerar los reactores termoquímicos. Aunque el agua de mar puede considerarse una posible solución, esto podría plantear problemas de radiación solar para el paisaje circundante. Asimismo, las centrales CSP pueden atraer animales con su luz, y el calor puede ser mortal para algunas especies.

El funcionamiento de las centrales CSP también es caro. Los materiales de almacenamiento de energía térmica que pueden soportar altas temperaturas son costosos y difíciles de conseguir. Las sales fundidas, por ejemplo, tienen un rango de funcionamiento limitado porque se solidifican a bajas temperaturas y se descomponen a altas.

La competencia de otras fuentes de energía, como la solar fotovoltaica y la nuclear de fisión, hace que la CSP no siempre reciba el desarrollo que necesita para convertirse en una fuente de energía primaria. A medida que continúen los avances en otros campos, la energía solar térmica de concentración corre el riesgo de quedarse obsoleta.

¿Cómo de eficiente es la generación de energía solar térmica de concentración?

La eficiencia de un sistema de energía solar térmica de concentración varía en función de varios factores. El tipo de sistema, el motor y el receptor influyen en la eficiencia de un sistema de energía solar térmica de concentración. Algunas estadística señalana que la mayoría de los sistemas CSP tienen una eficiencia de entre el 7 y el 25%.

En este contexto, los sistemas hidroeléctricos pueden alcanzar una eficiencia de hasta el 90% y las turbinas eólicas, de hasta el 59%. La eficiencia de la energía solar fotovoltaica es similar a la de los sistemas de concentración solar, ya que la mayoría de los paneles fotovoltaicos alcanzan una eficiencia de entre el 14 y el 23%.

¿Cuál es la diferencia entre la energía solar fotovoltaica y la energía solar térmica de concentración?

Quizá la mayor diferencia entre la energía solar fotovoltaica y la termosolar sea la forma en que se produce la energía eléctrica. Los sistemas CSP convierten la energía del sol mediante diversas configuraciones de espejos que accionan un motor térmico y producen energía eléctrica.

En cambio, los paneles solares fotovoltaicos utilizan la luz del sol, no su energía. A diferencia de la CSP, la fotovoltaica convierte directamente la luz en electricidad. Las células solares fotovoltaicas absorben la luz (en lugar de reflejar el calor), lo que estimula los electrones que crean una corriente. La corriente continua (CC) se capta y se convierte en corriente alterna (CA) mediante inversores para poder distribuirla por la red eléctrica.

Los sistemas CSP almacenan energía mediante tecnologías de almacenamiento de energía térmica (TES), para poder utilizarla cuando no hay suficiente luz solar. Los sistemas fotovoltaicos, sin embargo, no pueden almacenar energía térmica porque utilizan luz solar directa, en lugar de calor. Por eso, los sistemas CSP son mejores en cuanto a almacenamiento de energía y eficiencia.

¿Cuál es el impacto medioambiental de la energía solar térmica de concentración?

Como las centrales de energía solar térmica de concentración necesitan mucho espacio, suelen estar situadas en regiones áridas o «cinturones solares», donde el acceso al agua dulce es escaso. Se necesitan torres de refrigeración húmedas para enfriar el ciclo térmico y agua para limpiar los espejos y mantener su reflectividad. A menudo se critica la perspectiva de utilizar grandes cantidades de agua dulce en estas zonas.

Otro impacto medioambiental de las centrales CSP es el impacto visual que tienen en las zonas donde se instalan. Una crítica medioambiental habitual es que las centrales CSP perturban las vistas de los paisajes naturales mucho más que otras fuentes de energía como las centrales eólicas.

A pesar de la falta de agricultura en las regiones del cinturón solar, siguen teniendo valor medioambiental y proporcionan hábitats para especies amenazadas. La naturaleza árida de estas regiones también significa que el paisaje y la comunidad tardan más en recuperarse de los efectos de las perturbaciones. Por ejemplo, las poblaciones animales pueden verse afectadas por las infraestructuras necesarias para el funcionamiento de una central termosolar.

Las centrales CSP utilizan más materiales que las centrales convencionales de combustibles fósiles, muchos de los cuales no son reciclables. Las centrales termosolares también producen sustancias tóxicas como el bifenilo, que al quemarse a altas temperaturas puede producir dioxinas que permanecen en el medio ambiente durante muchos años y pueden ser perjudiciales para los seres humanos.

Las emisiones de gases de efecto invernadero están relacionadas con las centrales CSP, ya que las sales nitrosas utilizadas en el almacenamiento de energía emiten óxido nitroso (N20), que daña la capa de ozono.

Las centrales termosolares también pueden tener un impacto negativo en la flora y la fauna. Por ejemplo, las vías de circulación y las obras de construcción pueden perturbar el ecosistema circundante y provocar la muerte de la fauna local.

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