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Sistema de concentración 3D
Sistemas de concentración tridimensional 3D
Receptor/Motor
Receptor
Central
Reflector
Helióstatos
Discos
parabólicos
Imagen:
Marcelino
Sánchez (CENER)
Receptor Central
Imagen: solar-facts.com
Imagen: thedailygreen.com
Descripción de un sistema de seguimiento
Un sistema de concentración va a depender mucho de sus captadores o helióstatos. Un
helióstato es un conjunto de espejos (conocidos como seguidores solares), que se mueven
sobre dos ejes normalmente en montura de caballo, de forma que éstos permanezcan
aproximadamente perpendiculares a los rayos solares, siguiendo al sol desde el este en la
alborada hasta el oeste en la puesta. Esto permite, con los movimientos apropiados, mantener
el reflejo de los rayos solares incidiendo sobre él en todo momento en un punto o pequeña
superficie.
Existen de dos tipos de acuerdo al apoyo:
 Monoposte: un único apoyo central.
 Carrousel: varios apoyos distribuidos a lo largo de una superficie circular.
Y tres de acuerdo al eje:
En un eje polar (1xp): la superficie gira sobre un eje orientado al sur e inclinado un ángulo
igual a la latitud. El giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida en todo
momento con el meridiano terrestre que contiene al Sol. La velocidad de giro es de 15° por
hora, como la del reloj.
En un eje azimutal (1xa): la superficie gira sobre un eje vertical, el ángulo de la superficie es
constante e igual a la latitud. El giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida en
todo momento con el meridiano local que contiene al Sol. La velocidad de giro es variable a
lo largo del día.
En un eje horizontal (1xh): la superficie gira en un eje horizontal y orientado en dirección
norte-sur. El giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida en todo momento con el
meridiano terrestre que contiene al Sol.
El espejo o reflector sigue automáticamente el sol, concentrando la radiación solar sobre el
motor Stirling situado en su foco. El motor es un recuperador térmico que aprovecha la
energía solar para calentar un gas en ciclo cerrado, dicho gas, (generalmente helio o
hidrógeno) sigue ciclos sucesivos de enfriamiento y compresión en un foco frío, seguidos de
calentamiento y expansión en el foco donde incide la radiación concentrada, este movimiento
continuo acciona el pistón del motor Stirling que produce un movimiento mecánico, que
mediante un generador es convertido en energía eléctrica.
Concentrador 3D
En un concentrador 3D un espejo cóncavo parabólico o una superficie facetada concentra los
rayos solares; el espejo de dos ejes sigue al sol gracias a los helióstatos con un alto grado de
exactitud logrando de esta manera alcanzar altas temperaturas. En el foco esta el receptor que
alcanza temperaturas (hasta los 650°C) y el calor absorbido se entrega a un motor Stirling. El
motor es un recuperador térmico que aprovecha la energía solar para calentar un gas en ciclo
cerrado, dicho gas, (generalmente helio o hidrógeno) sigue ciclos sucesivos de enfriamiento y
compresión en un foco frío, seguidos de calentamiento y expansión en el foco donde incide la
radiación concentrada. Este movimiento continuo acciona el pistón del motor Stirling que
produce un movimiento mecánico, que mediante un generador es convertido en energía
eléctrica. La eficiencia de los sistemas Stirling pueden alcanzar el 20% o más.
Esquema:
Radiación solar

helióstato móvil - celda fotovoltaica

receptor - zona focal (F) - > T°

⏎calor absorbido

Motor Stirling

calentamiento de gas – ciclo cerrado de enfriamiento y compresión

Acción del pistón – movimiento mecánico

Generador

Electricidad
Costo de kWh respecto a la tecnología utilizada
El costo de la electricidad fotovoltaica varía efectivamente según la tecnología. Los 9
sistemas de colectores cilíndricoparabólicos separados del desierto de Mojave en el sur de
California (354 MWe de capacidad total) se conocen como sistemas de generación eléctrica
solar (SEGS). Las centrales generan más de 10.000 millones de kWh de electricidad solar
desde 1985. Para darnos una idea más precisa de los precios, vamos a tomar dos ejemplos.
Las centrales SEGS de 30 MWe SEGS Kramer Junction, con insolación anual superior a
2.700 kWh/m2, producen a 15 centavos $/kWh en las horas de precio más alto. Los costes
equivalentes puramente solares serian de 20 centavos de $/kWh. Las SEGS de 80 MWe en
Harper Lake producen unos 12 centavos $/kWh. Los costes equivalentes puramente solares
serían de 16 centavos $ /kWh.
Costos de la tecnología a medio y largo plazo
Greenpeace.
Fuentes consultadas:
http://www.mpoweruk.com/solar_power.htm
Greenpeace: energía solar termoeléctrica, 2020, pasos firmes contra el cambio climático.
Jorge Esteban Coronado Rubilar. 2008. Análisis Numérico del Flujo Energético 3D en
Colectores Solares Concentradores. Memoria para Optar al Titulo de Ingeniero Mecánico.
Santiago, Chile.