Aplicaciones de la energia solar termica

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La Administración de Información Energética de Estados Unidos clasifica los colectores solares térmicos en colectores de baja, media o alta temperatura. Los colectores de baja temperatura no suelen estar acristalados y se utilizan para calentar piscinas o el aire de ventilación. Los colectores de media temperatura también suelen ser placas planas, pero se utilizan para calentar agua o aire para uso residencial y comercial.

Los colectores de alta temperatura concentran la luz solar mediante espejos o lentes y suelen utilizarse para satisfacer las necesidades de calor de hasta 300 grados C / 20 bares de presión en las industrias, así como para la producción de energía eléctrica. Hay dos categorías: la energía solar térmica concentrada (CST) para satisfacer las necesidades de calor de las industrias, y la energía solar concentrada (CSP) cuando el calor recogido se utiliza para la generación de energía eléctrica. La CST y la CSP no son sustituibles en términos de aplicación.

Las mayores instalaciones se encuentran en el desierto americano de Mojave, en California y Nevada. Estas plantas emplean una variedad de tecnologías diferentes. Los ejemplos más grandes son, Ivanpah Solar Power Facility (377 MW), la instalación Solar Energy Generating Systems (354 MW) y Crescent Dunes (110 MW). España es el otro gran desarrollador de centrales termosolares. Los ejemplos más importantes son la central solar Solnova (150 MW), la central solar Andasol (150 MW) y la central solar Extresol (100 MW).

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Sabemos que, a escala mundial, las principales fuentes de energía son los combustibles fósiles, como el carbón, el petróleo y los gases naturales. Debido a las tres razones siguientes, es pertinente utilizar la energía renovable disponible de forma natural en forma de energía solar para sustituir la energía de los combustibles fósiles: (a) Con el advenimiento de la ciencia y la tecnología y con el aumento constante de la población mundial, el consumo total de energía aumenta día a día, (b) las reservas de combustibles fósiles en todo el mundo se están agotando rápidamente, y (c) los combustibles fósiles emiten gases de efecto invernadero durante la combustión, contribuyendo significativamente al calentamiento global. No es de extrañar que durante las dos o tres últimas décadas se haya llevado a cabo una intensa investigación en casi todos los países desarrollados y en vías de desarrollo para desarrollar técnicas que permitan aprovechar al máximo la energía solar a través de diversos procesos, como los térmicos o los fotovoltaicos. En la India, muchos grupos de investigación se dedican activamente a estudiar la utilización de la energía solar de manera eficiente utilizando diversas técnicas. La presente monografía titulada «Aplicaciones de la energía solar» es el resultado de la recopilación de los trabajos realizados por algunos de estos grupos de investigación.

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Las actas tituladas «Tecnologías termosolares por concentración: Recent Trends and Applications» incluye los trabajos seleccionados y revisados por pares que se presentan durante NCSTET 2016. Los subtemas de las tecnologías solares térmicas concentradas y sus aplicaciones que se incluyen en el libro son el campo solar, el receptor y el intercambiador de calor, el recubrimiento, el almacenamiento de energía térmica, la refrigeración, el calor de proceso y la red inteligente y la investigación política. Los ámbitos mencionados abarcan temas que van desde la evaluación de recursos y la captación hasta la conversión de la energía solar para aplicaciones como la calefacción, la refrigeración y la electricidad. Las actas también incluyen conferencias invitadas de expertos en la materia. La obra editada será útil para los principiantes y para los investigadores de nivel avanzado en el campo de las tecnologías térmicas solares concentradas y sus aplicaciones.

El Dr. Laltu Chandra (Doctorado, 2005, Universidad de Karlsruhe, Alemania) tiene experiencia en transferencia de calor experimental y numérica y mecánica de fluidos. Su interés se centra en el diseño, el desarrollo y la evaluación de subsistemas térmicos nucleares y solares concentrados. Recientemente, ha desarrollado un sistema de horno solar convectivo basado en un receptor de aire volumétrico abierto para el procesamiento de metales. Es autor de varias publicaciones de investigación en revistas internacionales, como capítulos de libros y en actas de conferencias. El Dr. Ambesh Dixit (Doctorado, 2010, Universidad Estatal de Wayne, MI, EE.UU.) tiene experiencia en física computacional y experimental de la materia condensada, con especial énfasis en el diseño y desarrollo de materiales para aplicaciones energéticas. Actualmente trabaja en el desarrollo de materiales para la conversión y el almacenamiento de energía. Es autor de varias publicaciones de investigación en revistas internacionales y en actas de conferencias.

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Las preocupaciones derivadas de los impactos ambientales de la generación de energía con combustibles fósiles y la naturaleza finita de estos recursos han actuado como impulsores del desarrollo de tecnologías de energía renovable como las plantas de energía solar concentrada (CSP) (Islam et al., 2018). Una opción alternativa a los sistemas convencionales de CSP, es la generación directa de vapor (DSG). En el caso de un ciclo de vapor-Rankine, un sistema de este tipo funciona con agua que se utiliza directamente como fluido de transferencia de calor (HTF) en los receptores solares, y que también actúa como fluido de trabajo en el ciclo de potencia termodinámico (Hirsch et al., 2014) como se representa en un ejemplo simplista de este tipo de sistema (Birnbaum et al., 2010) en la Figura 1.

El uso de un único fluido (agua o refrigerante) para ambas funciones (fluido de transferencia de calor y fluido de trabajo) puede superar algunos de los problemas a los que se enfrentan las plantas CSP convencionales: (1) se pueden alcanzar temperaturas de vapor significativamente más altas en el caso del agua, lo que influye directamente en el rendimiento térmico; y (2) no se requieren intercambiadores de calor secundarios entre el campo solar y el bloque de potencia, lo que reduce las pérdidas parasitarias por fricción/presión y la inercia térmica. El aumento del rendimiento térmico y la reducción del número de componentes del sistema de transferencia de calor pueden reducir significativamente el coste de generación de energía si el sistema se diseña correctamente utilizando materiales adecuados, mientras que la reducción asociada de la inercia térmica puede mejorar enormemente el rendimiento en carga parcial y la flexibilidad operativa, incluidos los tiempos de arranque y la capacidad de seguimiento de la carga.

Por admin

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