Les centrals solars

1. L'energia solar 

El Sol és una esfera gasosa formada, fonamentalment, per heli, hidrogen i carboni. La seva massa és 330.000 vegades la massa de la Terra i s'estima que té una edat aproximada d'uns 6.000 milions d'anys.

El Sol es comporta com un reactor nuclear que transforma l'energia nuclear en energia de radiació, energia que arriba a la Terra. Però no tota l'energia que es produeix al Sol arriba a la superfície terrestre, ja que en travessar l'atmosfera la radiació perd intensitat a causa de l'absorció, la difusió i la reflexió per acció de gasos, del vapor d'aigua i de les partícules en suspensió que hi ha en l'atmosfera. Així, la radiació que la Terra rep del Sol es pot dividir en:

• Radiació directa: és la que travessa l'atmosfera sense patir cap canvi de direcció.

• Radiació dispersa o difusa: és la que rebem després dels fenòmens de reflexió i difusió.

Podríem dir que a la Terra arriba una gran quantitat d'energia solar en forma de radiacions, per això, aquest és un recurs energètic important que cal tenir en compte.

2. Aprofitament de l'energia solar

Actualment, hi ha dues vies principals d'aprofitament de l'energia solar:

Energia solar tèrmica

L'aprofitament de l'energia solar tèrmica consisteix a usar la radiació del Sol per a  escalfar un fluid, que en funció de la seva temperatura, s'utilitza per a produir aigua calenta, vapor o energia elèctrica. Els sistemes per a aprofitar l'energia solar per la via tèrmica es poden dividir en tres grups:

• Sistemes a baixa temperatura: l'escalfament de l'aigua es produeix per sota del seu punt d'ebullició, és a dir, a 100 ºC. La major part dels equips basats en aquesta tecnologia s'apliquen en la producció d'aigua calenta sanitària i en climatització.

• Sistemes a mitjana temperatura: s'utilitzen en les aplicacions que necessiten temperatures entre 100 i 300 ºC per a calefacció, per a proporcionar calor en processos industrials, per al subministrament de vapor, etc.

• Sistemes a alta temperatura: s'utilitzen en aplicacions que necessiten temperatures superiors a 250 o 300 ºC com, per exemple, per a produir vapor per a ús directe o indirecte i per a la producció d'energia elèctrica en centrals termosolars.

Energia solar fotovoltaica

L'energia solar fotovoltaica s'aprofita transformant-la directament en electricitat mitjançant l'efecte fotovoltaic. Aquesta transformació es du a terme mitjançant "celules fotovoltaiques".

3. Centrals termosolars

Una central termosolar és una instal·lació que permet l'aprofitament de l'energia del Sol per a produir electricitat, utilitzant un cicle tèrmic semblant al de les centrals tèrmiques convencionals. Hi ha diferents esquemes de centrals termosolars, encara que les més importants són:

Centrals de torre central

Disposen d'un conjunt de miralls direccionals de grans dimensions que concentren la radiació solar en un punt. La calor és transferida a un fluid que circula per l'interior de la caldera i el transforma en vapor, i comença així un cicle convencional d'aigua-vapor.

Centrals de col·lectors distribuïts

Utilitzen els anomenats col·lectors de concentració, que concentren la radiació solar que reben a la superfície, la qual cosa permet obtenir, amb bons rendiments, temperatures de fins i tot 300 ºC, suficients per a produir vapor a alta temperatura, que s'usa per a generar electricitat o també per a altres processos industrials.

4. Funcionament d'una central termosolar

Una central termosolar de torre central està formada per un camp de miralls direccionals de grans dimensions que reflecteixen la llum del Sol i concentren els feixos reflectits en una caldera situada en una torre de gran altura. A la caldera, l'aportació calorífica de la radiació solar reflectida és absorbida per un fluid tèrmic que, després, és conduït cap a un generador de vapor, en el qual transfereix la seva calor a un segon fluid, generalment aigua, per convertir-lo en vapor.

Aquest vapor es condueix a una turbina per a transformar-ne l'energia en energia mecànica, que es transformarà, al seu torn, en electricitat a l'alternador. El vapor es porta a un condensador on torna al seu estat líquid, a fi de poder repetir un nou cicle de producció de vapor. La producció en una central solar depèn de les hores d'insolació, per això, per a augmentar-ne la producció, s'acostuma a disposar de sistemes d'aïllament tèrmic intercalats en el circuit d'escalfament.

5. Limitacions de les centrals termosolars

El desenvolupament d'aquest tipus de centrals ha de fer front a diverses limitacions:

6. Centrals fotovoltaiques  

L'efecte fotovoltaic és un fenomen físic que consisteix en la conversió de l'energia lluminosa en energia elèctrica. L'energia de radiació (fotons) que incideix sobre una estructura heterogènia de material (cèl·lula fotovoltaica) és absorbida per electrons de les capes més externes dels àtoms que formen aquest material, i això crea un corrent elèctric interior d'una tensió determinada. Les cèl·lules es connecten en sèrie per a formar un mòdul fotovoltaic.

7. Funcionament de les centrals fotovoltaiques

L'element bàsic d'una central fotovoltaica és el conjunt de cèl·lules fotovoltaiques que capten l'energia solar i la transformen en un corrent elèctric continu. Les cèl·lules fotovoltaiques estan integrades en mòduls que, en unir-se, formen plaques fotovoltaiques. El corrent continu generat s'envia, en primer lloc, a un armari de corrent continu on té lloc la transformació amb l'ajuda d'un inversor de corrent i, finalment, es porta a un centre de transformació on s'adapta el corrent a les condicions d'intensitat i tensió de les línies de transport de la xarxa elèctrica.

8. Limitacions de les centrals fotovoltaiques

Les tecnologies disponibles s'han de perfeccionar perquè l'eficiència de les cèl·lules fotovoltaiques pugui millorar fins a arribar a xifres de l'ordre del 18-20%. Actualment, la producció de grans quantitats d'electricitat amb aquesta tecnologia no és viable, però s'ha començat a aplicar amb bons resultats en instal·lacions de baixa potència per a petits subministraments, per exemple, en il·luminació rural, entre d'altres.

Espanya és un país pioner en el desenvolupament d'aquesta tecnologia i el govern facilita ajuts econòmics a aquest tipus de producció elèctrica.

9. Impacte sobre el medi ambient de les centrals solars

Des del punt de vista mediambiental, la producció d'electricitat a partir d'aquest a mena de sistemes no genera cap tipus d'emissions atmosfèriques, no produeix fluents líquids i evita l'ús de combustibles fòssils.

Malgrat això, les grans centrals termosolars poden generar un gran impacte sobre el paisatge i necessiten grans superfícies per a col·locar els miralls direccionals. Cal  esmentar també que una vegada usades, les plaques fotovoltaiques deixen residus danyosos per al medi ambient que han de ser tractats específicament.

10. Què és una central solar?

Les centrals solars són instal·lacions destinades a aprofitar la radiació del Sol per a generar energia elèctrica. Hi ha dos tipus d'instal·lacions que permeten aprofitar l'energia del Sol per a produir electricitat: la termosolar i la fotovoltaica:

• En una central termosolar, s'aconsegueix la generació elèctrica a partir de l'escalfament d'un fluid amb el qual mitjançant un cicle termodinàmic convencional s'aconsegueix moure un alternador gràcies al vapor que genera.

• En una instal·lació fotovoltaica, l'obtenció d'energia elèctrica es fa a través de plafons fotovoltaics que capten l'energia lluminosa del Sol per a transformar-la en energia elèctrica. Per a aconseguir la transformació s'empren cèl·lules fotovoltaiques fabricades amb materials semiconductors.