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La isla solar: ¿una tecnología de CSP revolucionaria?

Tras probar el concepto de isla solar en los EAU en 2009, la empresa Novaton, con sede en Zúrich y que adquirió la propiedad intelectual de Nolaris en febrero, ahora está llevando a todo el mundo el concepto patentado.

La tecnología promete no tener efectos de sombra y emplear, al menos, un 30 % menos de espacio del que normalmente ocupan las plantas de CSP. Pero, ¿cómo se puede aplicar esto a la CSP? CSP Today lo analiza.

Heba Hashem

Cómo funciona

Según indica la empresa suiza, las islas solares de Novaton prometen ser una solución menos costosa que otras tecnologías de concentración y con una producción energética superior. Tienen forma circular, flotan sobre un colchón de aire y no necesitan pesadas construcciones mecánicas para su apoyo.

Con un tamaño que normalmente va desde los 20 hasta los 100 metros de diámetro y un perfil bajo de unos 2 metros máximo para reducir la exposición al viento, la isla consiste en un anillo externo y un membrana sobre la que se sitúan los receptores solares con cables longitudinales para mantenerlos alineados.

Debajo de la membrana se aplica una pequeña sobrepresión que normalmente es de menos de un 1 % de la presión atmosférica (que sigue representando 100 kg/m2), que lleva la carga de los receptores solares y permite que la isla solar gire y se alineen sus receptores en función de dónde esté situado el sol, gracias al seguimiento del acimut. Este elemento es fundamental para los receptores de solar o fotovoltaica de concentración, que tienen que estar alineados constantemente y con precisión según el movimiento continuo del sol.

"El concepto se basa en que una delgada membrana hermética flexible, con una sobrepresión de aire debajo, puede soportar enormes cargas. Es similar a las grandes colchonetas hinchables de los parques de atracciones. La membrana es muy delgada así que es como un colchón que flota y que puede soportar el peso. La sobrepresión que hay debajo de la membrana de la isla solar puede aguantar enormes cargas distribuidas, por ejemplo, 130 toneladas de receptores solares (parábolas) para una isla solar con un diámetro de 100 metros. Es una manera muy rentable de alinear un gran número de receptores solares en dirección al sol", declara a CSP Today Thierry Meresse, director ejecutivo y copropietario de Novaton.

Y, lo más importante, el diseño elimina la necesidad de equipar cada receptor de concentración solar con costosos sistemas de seguimiento individuales. Tampoco habría necesidad de mover cada fila de receptores solares de manera individual ni de dejar grandes espacios entre los receptores por culpa del sombreado. Todo esto equivale a una mayor densidad de receptores solares, lo que supone una mayor producción energética, ya sea de vapor caliente, vapor caliente y electricidad, o solo electricidad.

"Si se emplea la tecnología de isla solar que sigue el acimut del sol, se obtiene una rotación horizontal y no hay efecto de sombra. Nadie ha hecho esto antes porque antes no era posible sin la isla solar, solo esta tecnología permite que muchos receptores se muevan al mismo tiempo sin que se produzca apenas fricción. Lo que hace que el concepto sea muy efectivo es que utilizamos mucho menos espacio, el menos un 30 % menos, que otras tecnologías por la misma cantidad de energía generada y supone un coste competitivo", explica Thierry.

Versiones para el mar y para la tierra

La isla solar se puede instalar sobre tierra, agua o tejados. La versión para el mar está diseñada para que se instale en aguas tranquilas y se basa en el mismo principio que la versión para la tierra. "La isla solar también se puede desarrollar sobre agua, pero en un lago donde haya retención de agua, no en medio del océano donde hay grandes olas. Grecia, por ejemplo, sería un lugar perfecto para la versión marina de las islas solares flotantes porque hay muchas áreas protegidas", explica Thierry.

Como con todas las tecnologías de CSP, las islas solares funcionan mejor en regiones soleadas con una proporción elevada de radiación directa. "Los lugares perfectos para las islas solares son aquellos en los que hay mucha radiación directa, como Oriente Medio, Australia, Colorado (EE. UU.), India, Chile, el norte y el sur de África, donde casi toda la irradiancia es directa y no hay mucha irradiancia difusa. Esto es lo que hace falta en CSP y CPV", comenta Thierry.

Una comparación entre tecnologías

Muchas de las tecnologías de CSP de hoy en día requieren un gran terreno para reducir la sombra: un efecto que nunca se elimina por completo. De hecho, se puede medir la eficiencia de la energía solar por la cantidad de energía que se produce por metro cuadrado de tierra, y añadir más terreno implica más costes de construcción y cableado.

Por ejemplo, el seguimiento en elevación de los concentradores solares y el seguimiento del sol en doble eje de discos y torres solares suponen grandes pérdidas en el terreno y una menor producción energética por metro cuadrado de terreno. "Incluso aunque la solar sea la fuente más abundante de energía renovable de la Tierra, por desgracia, es una energía muy difusa. No se quiere agravar este problema al no conseguir obtener toda la energía que se podría captar en el terreno", afirma Thierry.

"Si se analizan otras tecnologías de concentración solar, cada parábola o receptor cuenta con su propio sistema independiente. Para la isla solar, solo necesitamos un sistema de seguimiento solar electrónico, toda la isla solar y todos los receptores giran juntos", añade.

El seguimiento que utiliza el acimut del sol, el que emplean las islas solares, es la respuesta a estos retos clave, según indica Novaton, porque este seguimiento logra una eficiencia de hasta un 80 % y una pérdida de terreno de un 0 % al situarse las parábolas una junto a otra. Al no haber sombras, se produce un 50 % más de energía en el mismo espacio en comparación con otras tecnologías.

Según Novaton, un cuadrado de unos 4 km x 4 km cubierto con islas solares produciría tanta energía (calor) como una central nuclear de 1 GWe que funcione las 24 horas del día, con la ventaja de producir energía renovable ecológica de manera segura y sin el coste de desmantelamiento de las plantas nucleares.

Respecto a la fabricación de parábolas y concentradores solares, Novaton tiene pensado utilizar algo de ayuda externa al mismo tiempo que ofrece su tecnología exclusiva. "Para llevar a cabo esto queremos trabajar con otras empresas porque hay algunas muy buenas en este campo, como Acciona y Abengoa. Pero tenemos una patente para nuestro sistema de parábola: una solución muy creativa. También contamos con 6 patentes para la isla solar y el sistema cilindroparabólico (una hoja plegable reflectante). Al doblar una hoja reflectante, podemos crear una forma parabólica perfecta. Así que también podemos aportar algo a estas empresas a través de nuestro sistema de parábola patentado.

Localización bastante factible

Debido a que se trata de una estructura que no es compleja, se podría logar un gran nivel de localización a la hora de construir una isla solar. "El principio es, más o menos, como el de un plato de pizza: cuando lo pones boca abajo sobre el agua, flota. Nuestra isla solar se puede construir en zonas en desarrollo de Asia y África. No es como los paneles fotovoltaicos de alta tecnología que se tienen que fabricar en países industrializados. Las islas solares se pueden fabricar en cualquier sitio.

"Aparte de la membrana, que tiene que estar expuesta al sol durante 20 años, y para la que ya tenemos la tecnología, se puede localizar el sistema de seguimiento solar. Contamos con varias empresas de todo el mundo que pueden fabricar membranas que pueden estar expuestas al sol durante 20-25 años, al menos durante la vida útil que se espera que tenga la isla solar", destaca Thierry.

Asimismo, añade que algunos países también pueden producir los espejos. "Se podría localizar entre un 60 % y un 80 % de la isla solar, o más, en función del país. Esto supone una gran ventaja en comparación con la fotovoltaica, que únicamente puede fabricar países industrializados como China o EE. UU.

Aplicaciones flexibles

Mediante el uso de CSP o CPV, se podría emplear una pequeña isla solar para sistemas de calefacción y refrigeración sin usar electricidad. "Se podría utilizar una isla solar con un diámetro de 20-50 m para la calefacción o la refrigeración de una comarca. Esto se debe a que con el calor se puede producir aire frío (mediante un refrigerador) y en algunos países calurosos, como los EAU, hay muchos tejados planos o jardines donde se puede colocar una isla solar. Lo mejor es que cuanto más sol haya, más aire frío podrá producir la isla solar, que es lo que necesitan los países soleados y calurosos para el aire acondicionado", explica Thierry.

La desalinización con destilación por múltiple efecto (MED, por sus siglas en inglés) también encaja bien para una temperatura de entrada de agua de unos 150 ºC, que es la temperatura habitual que producen las islas solares con receptores de CSP.
"Varias islas solares grandes o un grupo de ellas puede impulsar una planta de desalinización que se base en MED. Aunque podría funcionar con ósmosis inversa, la MED sería el mejor sistema porque con ese no hace falta electricidad, se puede desalinizar directamente con el calor de la CSP", destaca Thierry.

La hibridación con plantas de gas es otra vía para explotar las islas solares debido al problema del almacenamiento energético. "Es más sencillo almacenar calor que electricidad pero no se trata de almacenar el calor y tener una planta de gas funcionando durante la noche mientras la isla solar ofrece energía durante el día", explica.

En las minas, siempre es necesaria la refrigeración por la cantidad de calor que se produce aunque el bombeo de agua es otro problema importante. "Actualmente estamos manteniendo conversaciones con una empresa de Chile sobre las islas solares con varios fines que podrían ofrecer enfriamiento y realizar el bombeo al mismo tiempo. Chile es un país fantástico para esto, sobre todo en el desierto de Atacama, donde hay muchas minas y mucha radiación directa.

El prototipo de isla solar de Novaton ha funcionado en los EAU desde 2009 con duras condiciones climáticas. En enero de este año, se contrató a la empresa para que construyera tres islas solares flotantes de demostración en el lago suizo de Neuchâtel para agosto de 2013. Cada una tendrá un diámetro de 25 metros y tendrá 100 paneles fotovoltaicos para llevar a cabo pruebas y, finalmente, tecnologías de concentración.

Estas islas, que producen unos 150 kWh al año, estarán conectadas a la orilla mediante cables y el suministrador energético Viteos las conectará a la red. Después de su vida útil prevista de 25 años y el desmantelamiento, se reciclarán todas las partas de las islas solares. Otra ventaja añadida de las islas solares flotantes en lagos, lagos con agua retenida y presas o grandes depósitos de agua, es la reducción que se produce en la evaporación de agua, una importante preocupación en todo el mundo.

"Estamos buscando proyectos e inversores para el desarrollo. Nuestros proyectos tienen una trayectoria muy buena. Tenemos uno en el lago suizo de Neuchâtel y muy pronto empezaremos su construcción. Es la primera vez que tenemos islas solares sobre agua, en un lago, la que tenemos en los EAU está sobre el terreno", concluye Thierry.

MENASOL 2013

14/05/2013 - 15/05/2013, Dubai, EAU
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