El proyecto de investigación Innova MicroSolar (Innovative Micro Solar Heat and Power System for Domestic and Small Business Residential Buildings) tiene como objetivo mejorar la aplicación de la energía solar térmica en los sectores doméstico y de pequeñas empresas para la producción de energía y calor. El consorcio ha desarrollado un sistema innovador de calor y energía solar de alto rendimiento de 2 kW eléctricos y 18 kW térmicos.
La duración del proyecto, que comenzó en septiembre de 2016, ha sido de 68 meses y ha contado con un presupuesto de 3.999.384 euros financiados por la Comisión Europea bajo el Programa Marco Horizon 2020. La reunión final del proyecto se celebró en abril de 2022 en la Universidad de Lleida y en ella se discutieron los resultados de las pruebas de campo.
El consorcio Innova MicroSolar ha estado formado por tres universidades, Northumbria (UNN), Lleida (UDL) y Telematica eCampus (UeC), y seis empresas comerciales tipo pyme dedicadas a la fabricación y explotación de los desarrollos del proyecto, Enogia (Francia), Elianto (Italia), Strategie (STE, Italia), Sinagro Enginyeria (SE, España) y User Feedback Program (UFP, España).
El objetivo general de Innova MicroSolar era desarrollar un sistema de calor y energía solar de alto rendimiento y rentable de 2 kW eléctricos y 18 kW térmicos para su aplicación en viviendas individuales, edificios residenciales y pequeñas empresas para la generación de electricidad y calor in situ mediante energía solar térmica a temperaturas de 220-250 grados Celsius.
Tecnología de Innova MicroSolar
La tecnología propuesta se construyó en torno a un novedoso colector de concentración solar de espejo Fresnel plano y una microplanta de Ciclo Rankine Orgánico (ORC) combinada con almacenamiento térmico avanzado de Material de Cambio de Fase (PCM) equipado con tubos de calor reversibles para carga y descarga rápidas.
Para el proyecto se desarrolló un nuevo PCM basado en sal solar (una mezcla de sal fundida) y grafito expandible, que mejora la conductividad térmica de la sal solar en un factor de 20. El sistema de almacenamiento de energía térmica puede hacer funcionar la turbina de ciclo Rankine orgánico hasta cuatro horas sin luz solar. Dicha turbina, de 2 kW eléctricos, es la más pequeña del mundo.
Innova MicroSolar desarrolló un campo de concentración solar de reflector Fresnel lineal novedoso y liviano utilizando Therminol 62, un fluido sintético de transferencia de calor de alto rendimiento. El sistema funcionó a temperaturas moderadas de entre 220 ⁰C y 280 ⁰C.
Demostración en Lleida
Los componentes de la planta se probaron en primer lugar en un laboratorio y después todo el sistema se probó en España, en Almatret, Lleida. Las características operativas de todo el nuevo sistema de energía y calefacción solar se demostraron durante un período que abarcó las temporadas de invierno y verano.
La planta de demostración fue diseñada, construida y probada preliminarmente. Como resultado de dichas pruebas preliminares, se mejoraron los diseños de los componentes y de toda la planta, seguido de pruebas de campo.
Mayor ahorro de energía en los países del sur de la Unión Europea
Los resultados experimentales demostraron que la planta alcanzó los valores objetivo en el periodo que va del 25 de abril al 20 de septiembre (2 kW eléctricos y 18 kW térmicos de salida con la eficiencia del ORC al nivel del 10% y la eficiencia total de la planta al 90%).
A fines de noviembre y diciembre de 2021 y enero de 2022, no había un nivel suficiente de energía solar para hacer funcionar la turbina ORC, así que el sistema de almacenamiento térmico y el calor generado por el campo solar se usaban directamente para calentar agua para uso doméstico. En otros períodos del año el rendimiento de la planta se redujo con la caída de la irradiancia.
Uno de los resultados demuestra que el sistema proporciona el mayor ahorro de energía en los países del sur de la Unión Europea, cubriendo toda la demanda de electricidad en algunos casos. En otros lugares, proporciona entre el 20% y el 60%.
Según los resultados del proyecto, una vivienda familiar en la que se aplique este sistema logra reducir sus emisiones de CO2 entre un 70% y un 95% en las ubicaciones del sur y alrededor de un 30% en otros países.
La extrapolación de los resultados experimentales obtenidos a otras regiones de la UE demuestra que la planta tiene un gran potencial y es competitiva con otras tecnologías de energía renovable como biomasa, bombas de calor aire-agua y geotérmicas o solar fotovoltaica.
Aplicaciones de las tecnologías
El proyecto explotó en profundidad el valor añadido de la participación de las seis pymes participantes: su alto nivel en sus respectivos campos, agilidad en el desarrollo y comercialización de nuevos productos.
A su vez, estas empresas obtuvieron el valor agregado del proyecto en términos de expansión de su negocio. Actualmente, los componentes desarrollados por las pymes en este proyecto se pueden usar fácilmente para otras aplicaciones.
Por ejemplo, el ORC a escala micro de Enogia tiene demanda en la industria automotriz para la utilización de gases de escape de motores de combustión interna. Los tubos de calor reversibles se utilizan en la gestión térmica de numerosos productos de ingeniería. El nuevo compuesto PCM con propiedades térmicas mejoradas se puede utilizar en la construcción y las industrias químicas para la gestión térmica y el reciclaje de calor y el colector de concentración de espejo solar Fresnel con dimensiones reducidas encuentra aplicación en calefacción solar industrial y en la producción de energía y frío, entre otras.
Organizaciones comerciales y gubernamentales en la Región del Golfo, India, Italia, América Latina y Nigeria se han interesado en adoptar la tecnología de Innova MicroSolar. En Cerdeña se trabaja para optimizar el rendimiento del sistema mientras se proporciona energía a las escuelas locales y a un centro de formación.