En el marco del proyecto AVUSpro, el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE, PSE Instruments GmbH, TSK Flagsol Engineering GmbH y Dornier Suntrace GmbH han desarrollado un dispositivo completamente automático para medir la suciedad de arena y polvo en las centrales termosolares.
Las centrales termosolares, ya sean cilindroparabólicas o torres solares, se construyen principalmente en zonas desérticas con mucho sol. En tales lugares, la suciedad de arena y polvo provoca grandes incertidumbres en el pronóstico de rendimiento y mayores costos operativos.
En el proyecto AVUSpro los cuatro socios han probado con éxito el dispositivo de medición en una planta de energía solar cilindroparabólica en Kuwait. Los datos recopilados se pueden utilizar para optimizar las técnicas y los ciclos de limpieza para aumentar el rendimiento y minimizar los costos y el uso de agua.
Para los operadores de centrales eléctricas, el control preciso de la suciedad es un requisito previo para mejorar el ciclo de limpieza. También es necesario un buen conocimiento de las características y tasas de suciedad para ubicar y calificar un proyecto de planta de energía, ya que los costos de financiación, las reducciones de rendimiento y los costos de limpieza asociados con las incertidumbres son críticos para la economía de la planta de energía.
Tal y como explica Gregor Bern, líder del grupo de Concentrating Collectors and Optics en Fraunhofer ISE, la suciedad es un problema particular en las plantas de concentración de energía, ya que la dispersión de la radiación solar por las partículas de polvo conduce a grandes pérdidas de rendimiento. Con el dispositivo de medición AVUS, han desarrollado un instrumento que mide de forma automática y rentable el grado de suciedad a diario durante el funcionamiento de la planta.
Funcionamiento del dispositivo
El dispositivo de medición se basa en un reflectómetro automático, que mide el grado de suciedad en un pequeño espejo que se alinea con los cilindros parabólicos de la central. Con el tiempo, este espejo se vuelve polvoriento debido a las influencias ambientales. Una vez cada hora, un brazo giratorio guía automáticamente el espejo hacia una apertura de medición, que determina la reflectancia utilizando una técnica de medición óptica desarrollada por Fraunhofer ISE.
El propio dispositivo de medición contiene un espejo de referencia que nunca se ensucia. El sistema completo, incluida la mecánica y un registrador de datos, fue desarrollado por PSE GmbH. El objetivo era crear un sistema de medición completamente autónomo con una conexión en línea para la transmisión de datos, ya que las plantas termosolares generalmente se instalan en un área grande en regiones remotas.
Pruebas de campo en Kuwait
Desde noviembre de 2021, tres prototipos del dispositivo se han sometido a pruebas de campo en la planta de energía cilindroparabólica Shagaya del Instituto de Investigación Científica de Kuwait (KISR), en el oeste del país. Los dispositivos se instalan en varios lugares dentro de la instalación de 250 acres, alrededor de 101,17 hectáreas, y 50 MW para detectar variaciones locales en las tasas de contaminación.
El proveedor de servicios meteorológicos Dornier Suntrace GmbH, responsable de la instalación y el mantenimiento de las estaciones, genera informes mensuales a partir de los datos meteorológicos y de suciedad evaluados automáticamente. A partir de los datos recopilados, se puede leer con mucha precisión el nivel de suciedad de la planta, por ejemplo, si existe una alta correlación con datos meteorológicos como tormentas de arena o lluvias.
Los datos procesados permiten, tanto al equipo investigador, como a los operadores de planta y al propietario KISR, optimizar los ciclos de limpieza y así reducir el uso de agua y los costos operativos.
Ahorros en los costes de limpieza y consumo de agua
Además de las pruebas a largo plazo en el dispositivo de medición, el equipo de investigación está planeando una prueba adicional en una planta de energía de torre solar. Los datos de suciedad obtenidos automáticamente se compararán con las tasas de suciedad medidas manualmente en una extensa campaña de medición.
Otras cuestiones que el equipo de investigación quisiera abordar son el análisis de las tasas de contaminación y su distribución en el campo. Los datos se utilizarán para optimizar los ciclos de limpieza con el fin de reducir costes y gastos operativos y aumentar el rendimiento energético. Los primeros resultados prometedores muestran un ahorro potencial de hasta el 25% de los costes de limpieza y hasta el 19% del consumo de agua. El plan a largo plazo es comercializar el dispositivo de medición para el mercado solar internacional, tanto para centrales termosolares como fotovoltaicas.