Las pruebas efectuadas en el nuevo sistema de calibración rápida de helióstatos muestran errores milimétricos en el receptor y podrían someterse a prueba en centrales comerciales de energía termosolar en el plazo de un año, según dijo Gregor Bern, director de proyectos del Fraunhofer ISE, a Reuters Events.

La nueva tecnología de alineación de helióstatos desarrollada en Alemania pone de relieve la amplia gama de productos que permiten ahorrar costes y pronto estarán disponibles en las centrales comerciales de torre CSP.

La alineación de los helióstatos supone un riesgo clave para el rendimiento, en especial en las centrales de mayor tamaño. (Imagen cortesía de: Supcon Solar)

Diversos equipos de investigación están desarrollando una tecnología avanzada de calibración de los helióstatos. Los helióstatos suelen representar alrededor de un tercio de los costes de las centrales de CSP y la falta de alineación de los espejos puede afectar gravemente a la producción.

BCB ha sido la empresa española que ha calibrado todas las torres de España y algunas del extranjero. BCB ha participado en centrales como PS-10, PS-20, Eureka5, CRS-1, CRS-2 y KHI (en Sudáfrica) de Abengoa, Gemasolar de Sener-Torresol, Tonopah con Cobra (EEUU) o Haixi-Luneng (China) con Sepco3. Además del Sistema de Calibración Automático de Helióstatos BCB ofrece otros subsistemas como la medida sin contacto de la temperatura del receptor usando termografía infrarroja o el novedoso sistema para la medida de la atenuación solar.

En agosto, el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE, por sus siglas en inglés) anunció que había completado la fase de pruebas y la evaluación a pequeña escala en su innovador sistema de calibración de helióstatos HelioControl.

Financiado por el gobierno alemán, el proyecto HelioControl difiere de otras técnicas en el uso de cámaras para calcular la precisión de los helióstatos a partir de imágenes tomadas en el receptor.

Las primeras pruebas realizadas en la central de investigación de torre CSP de Themis, en Francia, indicaron que los puntos de referencia calculados en el receptor estaban por lo general a tan solo unos milímetros de los puntos de referencia reales.

El sistema utiliza el procesamiento de imágenes digitales para llevar a cabo medidas simultáneas de múltiples helióstatos. Según el equipo del proyecto, se pueden medir dos helióstatos por segundo, lo cual supone calibrar los 7400 helióstatos de la central de torre CSP de 150 MW Noor III de Marruecos en menos de una hora, frente a las varias semanas de los métodos manuales.

Los investigadores calculan que el sistema podría reducir los costes del campo de helióstatos en alrededor de un 5 %, cálculo que se funda en diversas simulaciones y suposiciones encontradas en la bibiografía.

Es importante que el error estimado del cálculo de la precisión “sigue siendo el mismo para los helióstatos cercanos y los lejanos”, dijo Bern a Reuters Events.

Por tanto, podría resultar aún más beneficioso para las centrales de mayor tamaño a escala comercial, las cuales cuentan con un mayor número de helióstatos y cuya distancia media entre el helióstato y el receptor es superior.

Seguimiento de frecuencias

El sistema HelioControl asigna a todos los helióstatos una marca identificativa al monitorizar la distribución de la densidad de flujo mientras el helióstato se mueve.

Las cámaras captan las frecuencias relacionadas. Al trabajar en el dominio de las frecuencias, los helióstatos pueden distinguirse y separarse para su ulterior evaluación. El procesamiento de imágenes digitales se utiliza para extraer de la base de datos información sobre la ubicación de cada helióstato e identificar el punto de referencia real del helióstato.

            Costes medios teóricos a escala global para la energía solar y eólica

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Fuente: Informe de la IRENA “Costes de generación de energías renovables en 2018” (mayo de 2019).

Las pruebas efectuadas en la central de Themis recogieron datos bajo diferentes condiciones de funcionamiento y con diferentes números de helióstatos.

Se necesitan pocas cámaras ya que se pueden captar distintas frecuencias con una única cámara, lo cual contribuye a reducir el mantenimiento directo y los costes de cableado, dijo Bern.

Para una central a escala comercial, se necesitarían entre una y seis cámaras, en función de la disposición de la isla solar y los requisitos del operador, dijo.

El sistema HelioControl podría integrarse con controles de circuito cerrado para las correcciones de los helióstatos, de modo que estas sean rápidas y estén automatizadas.

“Nos hemos centrado en el cuello de botella, la identificación rápida de los verdaderos puntos de referencia durante el funcionamiento del helióstato deducir los parámetros de ajuste”, dijo Bern.

Una visión diferente

Los grupos españoles CENER e IK4-TEKNIKER han desarrollado un planteamiento diferente, en el que utilizan cámaras de bajo coste conectadas a cada uno de los helióstatos.

El sistema de calibración escalable de los helióstatos (SHORT, por sus siglas en inglés) identifica los fallos de alineación y vuelve a calibrar en menos de una hora, según aseguran las empresas.

Las cámaras están orientadas hacia varios objetivos ubicados en posiciones conocidas, lo cual permite a la cámara comparar la posición real con la esperada. Este proceso se repite en diversas posiciones con objeto de adquirir datos que permitan modificar las órdenes de seguimiento. El procedimiento puede automatizarse de manera que no se requiera interacción humana.

En otro proyecto sobre helióstatos, la empresa emergente estadounidense Heliogen ha desarrollado un sistema que utiliza cámaras y un software avanzado de visualización por ordenador para alinear los helióstatos con mayor precisión y aumentar la eficiencia solar. Desarrollado inicialmente para proporcionar una solución de calor solar de concentración (CSH, por sus siglas en inglés), las pruebas han demostrado que el incremento en la precisión puede propiciar temperaturas superiores a los 1000 °C, aseguró la empresa.

Los investigadores están también mejorando los materiales de los helióstatos. La española Tewer Ingeniería y sus socios Acciona Industrial, Aalborg CSP, el Instituto de Investigación Aplicada F y Modern E-Technologies han desarrollado un compuesto para los helióstatos que integra un sándwich de vidrio-espuma-vidrio de curvatura esférica, el cual evita los problemas de bloqueo y la falta de alineación inducida por la temperatura. Los socios han integrado la tecnología con un sistema de comunicación inalámbrica autónomo, alimentado por energía fotovoltaica, a fin de facilitar la calibración automática.

Salto al ámbito comercial

Este otoño, el equipo de SHORT se ha fijado el objetivo de completar la evaluación completa de las pruebas de precisión de seguimiento efectuadas en el centro de investigación de CSP Plataforma Solar de Almería (PSA) en España, según dijo Marcelino Sánchez González, director del departamento de Energía Solar Térmica y Almacenamiento de Energía Térmica de CENER.

En la siguiente etapa, el equipo pretende implantar el sistema de calibración en helióstatos de terceros disponibles comercialmente. Esto permitirá al equipo establecer los “límites de precisión que podemos lograr con las especificaciones actuales de bajo coste”, dijo.

El método patentado está listo para su comercialización y los investigadores están negociando las licencias no exclusivas para proyectos de I+D, según dijo Sánchez González.

Los socios con licencia podrían diseñar e implantar la solución final, que incluye el hardware y los sistemas de comunicación, en lo que sería un “desarrollo específico de helióstatos o de control de helióstatos”, dijo.

El equipo de HelioControl pretende someter su sistema a prueba en una central de escala comercial.

Berna propone probar inicialmente el sistema en unos pocos helióstatos y luego incluir más helióstatos en función de los resultados de las pruebas y la disposición del operador.

“Siendo parte de un proyecto de investigación, creo que sería realista su aplicación en el plazo de un año”, dijo.

Si estas pruebas demuestran ofrecer beneficios suficientes, se podría implantar un sistema completo de calibración automatizada en circuito cerrado, dijo Bern.

“Después de esta etapa deberíamos estar listos para su despliegue [comercial]”, dijo.

Robin Sayles

Traducido por Vicente Abella Aranda