CENSOLAR se encargará de la formación técnica de la División de Energía Solar de ENDESA

Endesa Energía, S.A., ha elegido a Censolar para la formación de sus técnicos, gestores comerciales e instaladores electricistas de toda su red nacional. Durante el presente año, se impartirán cursos a medida en presencia y a distancia, tanto sobre energía fototérmica como fotovoltaica.
Endesa ha emprendido una fuerte política de potenciación de su área de energía solar, con el objetivo de ofrecer a sus clientes productos de calidad y con las máximas garantías.
Censolar es el centro internacional más antiguo en el aprendizaje de la tecnología solar, trabajando sin interrupción en este campo desde el año 1979. Con sede central en Sevilla, la capital europea de la investigación y tecnología solar, y delegaciones en varios países, sus servicios educativos llegan a todos las naciones de habla hispana, incluyendo todo el continente americano. Buena parte de las empresas de la industria solar de España y América han formado a su personal a través de Censolar o de sus centros asociados. El Centro, mediante su sección de enseñanza a distancia, atiende a alumnos de más de 30 países.

Transporte y acondicionamiento de la energía primaria

Éste es un aspecto en el que las centrales termosolares se diferencian del resto de centrales termoeléctricas. En efecto, en las centrales termosolares, la participación humana (y por tanto los impactos) de la extracción, transporte y acondicionamiento de la energía primaria se realizan en la propia central, mientras que en las otras centrales termoeléctricas, esta parte del ciclo de generación de la energía eléctrica se extiende mucho más allí de la localización geográfica de la central. En este sentido, la central termosolar es mucho más transparente en cuanto a las implicaciones de la generación de electricidad, y así es como se deben contemplar las relativamente grandes extensiones de espejos concentradores de la radiación solar: No son un extra respecto a las otras tecnologías, sino que simplemente están a la vista.
El combustible fósil o nuclear para una central termoeléctrica procede de yacimientos geológicos por lo general situados a gran distancia del emplazamiento de la central. Posteriormente a su extracción, este combustible se debe transportar y seguir un tratamiento en instalaciones industriales independientes (refinerías) o en la propia central. A los impactos ambientales y sociales asociados a la extracción de estos combustibles, se deben añadir los costes energéticos y riesgos ambientales del transporte de los mismos. Es de señalar que ésta es una importante vía de subvención encubierta de este tipo de centrales termoeléctricas, puesto que los costes de infraestructuras (oleoductos, gaseoductos, vías férreas, ...), ambientales (vertidos de petróleo, minería abierta del carbón, residuos radiactivos, ...), e incluso sociales (sobreexplotación laboral, ...) no se incluyen en los costes de la electricidad generada por las centrales térmicas convencionales o nucleares. Por el contrario, en una central termosolar, los costes de los espejos reflectores, que son el componente más caro de la central, sí que se incluyen en los costes de la electricidad generada. Es muy importante poner sobre la mesa de discusión estos aspectos cuando se está decidiendo a nivel nacional la estrategia energética a seguir con vías a acercarse a un modelo de desarrollo sostenible, evitando caer en las trampas económicas de costes de inversión y generación sesgados por no considerar todas las partidas asociadas.
En el caso de las centrales eléctricas de biomasa, la energía primaria proviene o bien de residuos de alguna otra actividad industrial o urbana (serrerías, caña de azúcar, residuos sólidos urbanos, ...), o bien de cultivos energéticos. En cualquier caso, la biomasa original debe acondicionarse para un uso eficaz en la central termoeléctrica (trituración, compactación, ...), y transportarse desde el lugar de producción hasta la central. En el caso de la biomasa, los costes adicionales asociados al proceso de transporte y acondicionamiento sí que repercuten directamente sobre el coste del combustible.
En la central termoeléctrica, la energía primaria es la radiación térmica electromagnética emitida
por el sol. Esta energía primaria, cuando llega a la superficie de la tierra, tiene una densidad energética insuficiente para poder alcanzar, mediante los procesos de absorción térmica convencionales, temperaturas de trabajo suficientemente elevadas como las requeridas por los ciclos de potencia de las centrales termoeléctricas para funcionar con rendimientos aceptables.
Por tanto, se hace necesario concentrar la radiación del sol de tal forma que el flujo energético se multiplique, por valores que van desde 20 hasta 5000 según la tecnología solar, antes de proceder a absorber dicha radiación en el receptor. El subsistema concentrador es el encargado de llevar a cabo esta labor. Para ello se emplean superficies con una gran capacidad de reflejar la radiación solar (espejos) que concentran los rayos solares incidentes sobre los mismos en una superficie mucho más pequeña.
En todos los casos, este proceso de transporte y acondicionamiento está sujeto a ciertas pérdidas energéticas. En el caso de los combustibles fósiles, nuclear y biomasa, la energía gastada en su extracción y transporte, así como las pérdidas de los procesos de acondicionamiento.
En el caso de la central termosolar, las imperfecciones en el proceso de reflexión, transmisión e interceptación, la absorción atmosférica y los bloqueos y sombras en la trayectoria de los rayos, hacen que la energía radiante absorbida por el receptor sea inferior a la que llega sobre los espejos (El cociente entre ambas se denomina rendimiento óptico). Las pérdidas ópticas de una central termosolar pueden ser del orden del 10 – 30 %.

Energía eléctrica mediante energía térmica.

En este punto vamos a exponer algunos conceptos fundamentales sobre la generación de energía eléctrica mediante energía térmica. En la actualidad, éste es el procedimiento mediante el cual se genera la mayoría de la electricidad.
Los equipos en los cuales se realiza esta conversión energética se denominan centrales termoeléctricas1. Las comúnmente denominadas centrales térmicas convencionales (de carbón,
fueloil, o gas), las centrales nucleares, las centrales geotérmicas, las centrales para el aprovechamiento de la energía térmica de los océanos, las centrales de biomasa con conversión térmica y las centrales termosolares, todas ellas son centrales termoeléctricas, y tienen muchos elementos y tecnología en común.

En una central termoeléctrica, partiendo de una fuente de energía primaria que puede ser la energía química de un combustible fósil, la energía nuclear, la energía química contenida en la biomasa, o la energía solar incidente en la tierra en forma de radiación electromagnética, después de un transporte y acondicionamiento adecuado de la energía primaria, mediante un generador de energía térmica específico de cada fuente energética, se transforma la energía primaria en energía térmica al aumentar la temperatura de un fluido de trabajo (aire, agua, aceite, metales líquidos, helio, ...).
El generador de energía térmica es el elemento diferenciador entre las centrales termoeléctricas alimentadas por distintas fuentes de energía primaria. En una central térmica convencional es la caldera de combustible fósil, en una central nuclear es el reactor nuclear, en una central de biomasa es la caldera de biomasa, y en una central termosolar es el campo de colectores solares. El resto de elementos de las distintas centrales termoeléctricas son idénticos o muy parecidos.
Posteriormente, la energía térmica producida se transfiere total o parcialmente mediante intercambiadores de calor al fluido de trabajo (generalmente aire o agua) de un ciclo termodinámico de potencia, en el cual, siguiendo procesos parecidos para todas las fuentes de energía primaria, se convierte la energía térmica en energía mecánica. Posteriormente, mediante
un generador eléctrico se transforma la energía mecánica en eléctrica. Una vez descontados los consumos de energía eléctrica de la propia central y las pérdidas asociadas al transporte y distribución de esta energía eléctrica desde la central hasta los puntos de consumo, nos queda la
energía eléctrica útil para consumo.

Desde el punto de vista de la eficiencia en el uso de la energía, cada uno de los componentes de una central termoeléctrica se caracteriza por un rendimiento energético, definido como el cociente de la energía útil que sale del mismo entre la energía que entra en el mismo. El complemento respecto a la unidad del rendimiento de un componente, es el porcentaje de la energía de entrada que se pierde en el proceso de transformación energética que tiene lugar en el mismo. El producto de los rendimientos de todos los componentes de la central termoeléctrica
nos proporciona el rendimiento global de la central, que será por tanto el cociente entre la energía eléctrica producida y la energía primaria empleada en la central (fósil, nuclear, biomasa, o solar). Al hablar del rendimiento de la central se manejan dos conceptos: el rendimiento bruto y el rendimiento neto. El rendimiento bruto, lleva en el numerador el total de la energía eléctrica
generada por la central. Por el contrario, el rendimiento neto emplea en el numerador la energía
eléctrica generada menos la necesaria para el funcionamiento de la central termoeléctrica, que
es la energía eléctrica útil que sale de la central.
Mediante el adecuado uso simultáneo de varias fuentes de energía primaria en una central termoeléctrica (hibridación) es posible mejorar los rendimientos de conversión energética de distintos componentes de la central, y por tanto mejorar la eficiencia energética con la que se usan los recursos. Posteriormente discutiremos con más detalle los aspectos relacionados con la hibridación.
Por ahora nos vamos a ocupar de la eficiencia con la que se realizan las transformaciones energéticas en los distintos componentes de la central. Sin embargo, desde el punto de vista de eficiencia energética global, lo que resulta interesante es comparar las eficiencias energéticas en todo el ciclo de vida y operación de una central. En efecto, una central termoeléctrica presenta otros consumos energéticos implícitos que van más allí de los que ocasionan la diferencia entre el rendimiento bruto y el neto que hemos comentado anteriormente. En efecto, la extracción del combustible, su transporte hasta la central, la construcción de los equipos y edificaciones de la central, el transporte y disposición de los residuos, la eliminación de los impactos medioambientales ocasionados, y la disposición de la central al final de su vida útil, todos ellos suponen consumos energéticos adicionales a considerar al llevar a cabo una comparación energética global de distintas tecnologías de generación de electricidad.
Resulta útil tener una idea de los mecanismos de pérdida energética de los distintos componentes de la central termoeléctrica para, por un lado identificar aquellos puntos en los que
es más provechoso introducir medidas para mejorar la eficiencia, y por el otro ser conscientes de
las limitaciones físicas y tecnológicas impuestas a los distintos procesos de conversión energética. Es importante tener presente que la bondad relativa de los distintos componentes de la central termoeléctrica no viene dada por la comparación de sus rendimientos energéticos. En efecto, la calidad de las distintas formas de energía presentes en los procesos de transformación energética de una central termoeléctrica puede ser muy distinta, por lo que una comparación en términos de rendimientos energéticos no permite una comparación directa de distintos componentes de la central. En termodinámica existe otra magnitud distinta de la energía, la exergía, que se adapta mejor a este propósito, pero sin necesidad de recurrir a ella, en lo que sigue vamos a presentar algunos argumentos que permitan entender los fundamentos físicos de los diversos procesos de conversión energética en una central termoeléctrica.

Potencial de la energía solar térmica para generación de electricidad.

El potencial de instalación de centrales termosolares es tremendamente grande, pero su cuantificación exacta y desarrollo futuro dependen de múltiples decisiones estratégicas que hacen que al igual que el potencial de otras fuentes renovables se encuentre tremendamente indeterminado.
Según los resultados de un estudio realizado por el CIEMAT, asumiendo que una central termosolar de 50 MWe ocupa entorno a 1 km2 de terreno, nos encontramos con las siguientes potencias potenciales a instalar:
- Regiones de la tierra con suficiente irradiación solar directa: 35.108 MWe .
- Regiones situadas en áreas áridas / semiáridas potencialmente utilizables por una central termosolar: 25.107 MWe .
- Regiones situadas en áreas áridas / semiáridas potencialmente utilizables por una central termosolar y que actualmente cuenten con una infraestructura adecuada para instalar una central termosolar (accesibilidad, topografía, red eléctrica, hidrología, ...): 25.105 MWe .
Diversos organismos en instituciones (Agencia Internacional de la Energía, Panel Intergubernamental para el Cambio Climático, Pilkington, ...) coinciden en que partiendo de la proyección de evolución de la demanda eléctrica, y asumiendo que la solar térmica se encargue sólo de satisfacer un 10 % del crecimiento en la misma, para el año 2020 la potencia solar térmica instalada a nivel mundial podría ser del orden de 1.300.000 MWe .
En (Sánchez M., 1996), basándose en las previsiones de crecimiento mundial de consumo de electricidad de la IEA/USDOE (2 – 3,3 % /año entre 1995 y 2015), que demandarán la instalación
de 90.000 MWe/año adicionales (sin contar la sustitución ce centrales viejas), concluyen que el potencial para centrales termosolares es de 5.000 MWe/año desde el año 2010 sin introducir medidas adicionales para la reducción de las emisiones de gases invernadero, mientras que de incorporarse estas medidas, el potencial pasaría a ser de 15.000 a 20.000 MWe/año.
En (Aringhoff R., et al, 1996) se concluye que el potencial para implementación de centrales termosolares es de 30.000 MWe / año.
Según (Klaiss H., Staiss F., 1992), en la región mediterránea, el terreno con las condiciones ambiente y de infraestructura adecuadas para instalar centrales termosolares, permitiría instalar
12.000.000 mwe. En (EUREC Agency, 1996) se concluye que en la región mediterránea, hasta el año 2025 previsiblemente se podrían instalar 60.000 MWe.
Ya se han llevado estudios detallados del potencial de implantación de la tecnología solar térmica para generación de electricidad en diversos países (Brasil, India, Jordan, Marruecos, Estados Unidos, España), muchos de ellos apoyados por la agencia internacional de la energía.
En (IEA, 1994) encontramos las siguientes conclusiones sobre el estudio relacionado con la región mediterránea:
- Existe terreno apropiado disponible más que suficiente para satisfacer la demanda de energía eléctrica de los países mediterráneos con energía solar térmica.
- Incluso en escenarios muy conservadores, sería posible integrar 3.500 MWe termosolares hasta el año 2005, y 23.000 MWe para el año 2025 en la región mediterránea.
- En un escenario energético más activo para reducir las emisiones de CO2, en el año 2005 podría haber 13.500 MWe instalados, y en el año 2025 las centrales termosolares podrían aportar 63.000 MWe en la región mediterránea.

Energía solar térmica.

Con acumuladores de agua, un intercambiador de calor y uno o varios colectores, se puede aprovechar la radiación solar para generar calor con la denominada energía solar térmica de baja temperatura.
El colector consiste en una superficie que expuesta a la radiación solar posibilita absorber el calor y transmitirlo a un fluido. En función de la temperatura que se quiera obtener se necesitará un determinado tipo de colectores y el empleo del calor será para una función diferente. Según el IDAE, la energía solar térmica de Baja temperatura “se aprovecha fundamentalmente para calentar el agua, estando al servicio de los usuarios de edificios y viviendas, mediante la instalación de unos paneles solares”.
El agua caliente se puede utilizar para consumo doméstico, uso industrial, para calefacción en la vivienda o centros mayores como colegios y hoteles. También puede servir para climatizar piscinas y permitir el baño durante todo el año. Pero el uso más aceptado de la energía solar térmica sigue siendo la generación de agua caliente sanitaria, seguido de su empleo para calefacción.
Algunas empresas utilizan el uso térmico de la energía solar en el desarrollo de la agricultura. En este sentido, los responsables de CENSOLAR explican que “con los invernaderos solares pueden obtenerse mayores y más tempranas cosechas”.Según se recomienda en la Guía Solar editada por Greenpeace:”con una instalación de 4m2 de captadores y 300 litros de acumulación de agua caliente se puede abastecer toda una familia (en función de la localidad, consumo, hábitos, etc.), ahorrando más de media tonelada de CO2 al año”. “Todo un interesante sistema de ahorro ya que una instalación térmica para generar agua caliente sanitaria puede sufragar el 70 por ciento de las necesidades de una casa”.

¿Aislada o en Red?

La energía solar fotovoltaica tiene dos tipos de aplicaciones: los sistemas aislados y los conectados a la red. Los primeros son los que producen electricidad para autoabastecerse mientras que con los fotovoltaicos conectados a red cualquier usuario se convierte en productor y consumidor de su propia electricidad.
En la elección de la instalación un sistema no es ni mejor ni peor que otro. Donde no hay red eléctrica el sistema autónomo es la mejor posibilidad, mientras que donde hay conexión a red no tiene sentido plantear el sistema aislado porque es más caro, siendo más lógica la otra opción”.
Pero si alguna persona quiere independizarse de la red eléctrica la propia Guía Solar de Greenpeace recoge que “hay que tener en cuenta que los sistemas fotovoltaicos conectados a la red, a diferencia de los sistemas aislados, no necesitan ningún acumulador de energía, como las baterías que además añaden componentes tóxicos, con lo cual son más baratos. Además, la instalación es más sencilla porque sólo necesita los módulos, el cableado y el inversor (que transforma la electricidad -corriente continua- producida por un generador solar fotovoltaico en electricidad con las mismas características que la de la red convencional - corriente alterna a 220 voltios y frecuencia de 50 hz-)”.
En España es mayor el número de instalaciones autónomas. A finales del año pasado la potencia instalada en España fue superior a los 9 MWp, de los que tan sólo unos 2 MWp corresponden a instalaciones conectadas a red y el restante a las isladas.
Estos datos demuestran que la energía solar fotovoltaica se haya destinado tradicionalmente para la electrificación rural autónoma. Por eso el IDAE destaca la primacía del "suministro de electricidad en emplazamientos de difícil acceso a la red, en la electrificación de viviendas o explotaciones rurales, telecomunicaciones, señalización o alarmas". Aunque desde este instituto se reconoce que la aplicación de la energía solar fotovoltaica "es importante en infraestructuras conectadas a la red, como son las grandes centrales de potencia y las pequeñas instalaciones asociadas a consumidores".

Células fotovoltaicas.

La electricidad obtenida por medio de la energía solar térmica de alta temperatura se consigue, según recoge Greenpeace en su Guía Solar “mediante las llamadas centrales de torre o mediante colectores cilindro-parabólicos; en estas instalaciones se calienta un fluido, que transporta calor y genera electricidad mediante una turbina y un alternador”. Sobre esta energía térmica de alta temperatura existen grandes líneas de investigación en la Plataforma Solar de Almería, “la más grande y diversa del mundo como centro de ensayos”, comenta su director, Manuel Blanco.
Por su parte, “el proceso de conversión de la energía eléctrica obtenida mediante la solar fotovoltaica se produce a partir de la temperatura del Sol, que en superficie es de unos 5000 ºC. Éste, mediante complejas reacciones químicas que producen pérdida de masa, libera energía a través de la radiación solar que es aprovechada en la superficie de la Tierra, que se transforma en energía solar eléctrica con los paneles solares fotovoltaicos”.
El proceso de transformación se logra gracias a las células fotovoltaicas que transforman la radiación solar en electricidad. Estas células, que están realizadas por materiales semiconductores, principalmente de silicio, son las encargadas de recoger las radiaciones luminosas y convertirlas en energía eléctrica. “El silicio es el mineral más utilizado hasta el momento por su calidad y disponibilidad en la naturaleza”.
Estas células fotovoltaicas forman los módulos fotovoltaicos, y éstos a su vez, con la instalación de cableado requerida, constituyen el generador fotovoltaico. La electricidad que éste produce varía dependiendo, entre otros factores, de la intensidad energética de la radiación que llega a las células, de la temperatura ambiente, de la cantidad de módulos instalados y de su inclinación. El rendimiento de los módulos fotovoltaicos está garantizado durante todo el año siempre que reciban radiación solar. El porcentaje de la radiación solar recibido por la célula de silicio que se convierte en potencia eléctrica, es alrededor del 17 por ciento”.
Aunque son más productivos dependiendo de la época del año. En este sentido, Greenpeace señala que “normalmente en verano se genera más electricidad debido a la mayor duración del tiempo soleado. En los días nublados también se genera electricidad, aunque el rendimiento energético se reduce proporcionalmente por la menor intensidad de la radiación”. En la energía solar fotovoltaica lo importante es que la incidencia del rayo del Sol sea perpendicular a la placa y no necesita que el día sea especialmente caluroso como en el caso de la térmica. España es el primer productor europeo de placas fotovoltaicas de silicio cristalino y exporta la mayor parte de su producción a más de 50 países.