Un Potencial Dormido: Tecnología Solar Híbrida Fotovoltaica y Térmica

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Uno de los mayores retos que tiene la tecnología solar fotovoltaica es la maximización de la eficiencia energética proveniente del sol. Las celdas fotovoltaicas utilizan solamente el espectro de luz visible de la radiación solar para la producción de energía eléctrica. Sin embargo, la radiación solar no se compone solamente de la luz en este espectro, sino también de calor en el espectro infrarrojo (IR en la figura 1), componente que las celdas no pueden utilizar para generación.

PV - CSP Una Alternativa Para El Futuro

Uno de los mayores retos que tiene la tecnología solar fotovoltaica es la maximización de la eficiencia energética proveniente del sol. Las celdas fotovoltaicas utilizan solamente el espectro de luz visible de la radiación solar para la producción de energía eléctrica. Sin embargo, la radiación solar no se compone solamente de la luz en este espectro, sino también de calor en el espectro infrarrojo (IR en la figura 1), componente que las celdas no pueden utilizar para generación.

Las celdas fotovoltaicas pueden convertir al calor en energía, y las altas temperaturas pueden conllevar a una pérdida de eficiencia térmica en las celdas que se traduce eventualmente en menos energía eléctrica. Así es como conlleva a eficiencias de conversión de energía solar que rondan el 20% actualmente en la industria. Esto implica un gran porcentaje de energía perdida en el proceso de conversión.

Por otro lado, la energía solar térmica (CSP, por sus siglas en inglés), utiliza únicamente la componente infrarroja de la radiación solar. Ésta genera principalmente calor, para luego convertirla en energía eléctrica. En el mismo sentido, grandes cantidades de energía solar son desperdiciadas en proyectos solar térmicos donde la eficiencia ronda aproximadamente el 25%.

El Dilema

Existe adicionalmente, otra problemática particular desde el punto de vista operacional para ambos tipos de tecnología solar.

La energía solar fotovoltaica debido a su naturaleza intermitente y no controlable, no puede ser utilizada como generador de energía para suplir cargas base en la red eléctrica. En otras palabras, el patrón de curva de generación que poseen las plantas fotovoltaicas no puede ser controlada y posee cierto grado de intermitencia. Además, no coincide en su mayoría con los patrones de consumo donde la mayor demanda se produce en horas nocturnas cuando los módulos fotovoltaicos han dejado de generar electricidad.

Por otro lado, la energía solar térmica, si bien posee un grado mucho mayor de controlabilidad debido a que suele acoplarse con sistemas de almacenamiento térmico, los costos capitales así como los costos nivelizados de la energía (LCOE por sus siglas en inglés) son demasiado elevados en muchos casos como para llevar a cabo proyectos de este tipo.

Curva-de-Radiacion-Solar
Fig1. Curva de Radiación Solar. Fuente: ACCENT

Lo Mejor de Ambos Mundos

Conociendo las limitaciones respectivas de ambos tipos de tecnologías, recientemente se ha enfatizado mucho en el potencial dormido que ocultan las plantas híbridas que combinan la tecnología solar fotovoltaica con la térmica.

Al dimensionar una planta compuesta de módulos fotovoltaicos y de heliostatos (colectores solares) es posible combinar lo mejor de ambas tecnologías. En este sentido, durante el día la energía solar fotovoltaica se encuentra a su tope entregando toda la potencia posible a la red, mientras que la planta térmica actúa como respaldo para poder cubrir la demanda faltante (en caso de haberla) a la vez que almacena grandes cantidades de energía térmica. Posteriormente durante la noche, tanto los módulos fotovoltaicos como los heliostatos no pueden generar más energía eléctrica, por lo cual el sistema de almacenamiento térmico entra en funcionamiento y permite cubrir la demanda de energía durante varias horas o incluso durante toda la noche.

Tomando esta aproximación se solucionan dos problemáticas. En primer lugar, se ofrece una mayor controlabilidad a la planta eléctrica provista gracias al almacenamiento térmico (que suele ser mucho más económico que almacenamiento eléctrico por baterías) y en segundo lugar, se reduce el LCOE del proyecto debido a que las plantas fotovoltaicas tienen un costo nivelizado mucho más bajo que las plantas solares térmicas.

Casos de Estudio

Esta aproximación ya ha sido implementada en países que tienen un recurso solar considerable y que además no poseen grandes recursos fósiles como para alimentar industrias mineras en sitios aislados de la red. Casos ejemplares de proyectos híbridos PV-CSP son las plantas de Copiapó (150MW-PV y 260MW-CSP), Atacama I y II (cada una con 110MW-CSP y 100MW-PV), todas localizadas en Chile. De igual forma también existe el proyecto Redstone de Sudáfrica con 100MW de potencia solar térmica y 139MW de potencia solar fotovoltaica.

Es de relevancia resaltar las ventajas que pueden ofrecer este tecnología híbrida que permite sacar un máximo provecho a la radiación solar disponible en el área tanto desde el punto de vista de conversión de la luz en electricidad, así como del calor en energía eléctrica.

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Fig2. Planta Solar Híbrida PV-CSP Copiapó en Chile. Fuente: Energía Limpia Para Todos

Referencia

Diva Portal

NREL

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