Heliostato

Los heliostatos son una parte fundamental de las centrales térmicas solares. ¿Te preguntas qué es y cómo funciona este gran espejo concentrador?. Vamos a ver todos los detalles sobre él.

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¿Qué es un heliostato?

El heliostato es una parte fundamental de las centrales termosolares. Consisten en superficies reflectoras encargadas de concentrar la radiación solar en un foco común o receptor situado a cierta altura de la forma más eficiente posible.

Partes de los heliostatos

Los heliostatos están constituidos de varias partes fundamentales, como son la propia superficie reflectante, la estructura que sirve de soporte, la cimentación a partir de la cual se construye el helióstato y el pedestal que lo eleva respecto al suelo.

Por otra parte, el sistema mecánico se encargar de mover la estructura en azimut y elevación y el sistema de control realiza estos movimientos de forma precisa y automática según el movimiento del Sol a lo largo del ciclo solar diario. La estructura suele ser de acero con el fin de mantener precisión ante cargas de viento y condiciones térmicas de estrés.

Evolución y tipos de heliostatos

Desde la fabricación de los primeros helióstatos hasta la actualidad han surgido cambios notables sobre todo en lo que respecta a peso, rigidez y coste. Por ello, es sumamente importante que estos tengan elevada calidad óptica que mejore el rendimiento, bajo coste, resistencia, fácil mantenimiento y durabilidad, ya que representan normalmente hasta la mitad del coste total de este tipo de centrales.

A la hora de fabricar un helióstato se atienden a los siguientes criterios, intentando mantener el rendimiento a la vez que se reducen costes, surgiendo dos tipos diferenciados según la superficie reflectante:

  • En primer lugar, intentando reducir costes en el precio por metro cuadrado, en el proceso de fabricación, instalación eléctrica, cimentación, etc., se utilizan helióstatos de gran superficie, de un área superior a 70 m2. Sin embargo, presentan importantes inconvenientes como el difícil mantenimiento, la instalación inicial, el transporte y algo de vital importancia, puede conllevar a un peor rendimiento óptimo. En la actualidad, los helióstatos que se están implementando tienen una superficie reflectante entre 140 y 200 m2.
  • En segundo lugar, existe la opción de utilizar helióstatos de menor superficie reflectante, con un montaje y mantenimiento más sencillo.

Materiales y tecnología utilizada

Por otra parte, atendiendo a criterios de materiales y tecnología utilizada, existen otras dos vertientes:

  • La más común, mantenida desde la fabricación de los primeros helióstatos, se trata de la tecnología vidrio-metal, utilizando un grosor considerable en torno a 2.5 mm para los espejos. Para este tipo de tecnología las superficies suelen ser superiores a 70 m2.
  • Como alternativa, se originan helióstatos con membrana metálica tensionada sobre la que se colocan los espejos de fino espesor, inferiores a 1 mm, o películas reflectantes a base de plata fijada por deposición. Pese a que este tipo de tecnología facilita el movimiento de los helióstatos, de menor peso, no ha llegado a cuajar comercialmente ya que en la práctica no se han reducido los precios por metro cuadrado y existe desconocimiento en cuanto a su durabilidad.

Composición de un heliostato

En cuanto a la superficie reflectante, suele estar compuesta de varias facetas situadas en torno al centro del helióstato. Estas facetas están fijadas al soporte mediante puntos de anclaje y tienen una forma plana o con cierta curvatura con el  fin de atenuar la dispersión de la luz incidente.

Además de la propia curvatura del espejo, las facetas deben cantearse u orientarse de tal forma que el conjunto general de toda la superficie reflectante tenga una forma esférica o paraboloide. Esto se realiza ya que cada una de las facetas refleja y concentra la radiación solar de una forma, por lo que se busca que en el receptor haya una superposición de las imágenes proyectadas y en su conjunto actúen como un único sistema óptico.

Reflectividad de el heliostato

Respecto a la reflectividad media de un campo de helióstatos, ésta suele  oscilar entre el 85% y el 90% , dependiendo de las características de la propia superficie reflectante y del tipo de mantenimiento de las facetas, ya que la suciedad contribuirá a la disminución de este factor.

Sistema de control

Tal y como hemos visto, es necesario realizar un seguimiento del sol por parte de cada helióstato de forma automática para maximizar la eficiencia del sistema. Para realizar este seguimiento, se poseen dos ejes con sendos grados de libertad: uno para elevación y otro para azimut.

Gracias a estos dos grados de libertad, se puede posicionar el helióstato de forma que refleje la radiación en ciertas coordenadas del receptor, teniendo en cuenta factores como la posición del helióstato en el campo y la fecha y hora a partir de la cual se obtiene la posición del Sol en el cielo. Por tanto, la presencia de un sistema de control que calcule de forma periódica las consignas de elevación y azimut es indispensable.

Implementación del sistema de control del heliostato

Este subsistema puede implementarse de dos formas: centralizado, en el que un ordenador central es responsable de todas las tareas o distribuido, con controles locales en cada helióstato y utilizando el ordenador central para comunicación.

En cualquier caso, este sistema tiene unas funciones específicas a la hora de actuar:

  • Cálculo de la posición actual del Sol.
  • Cálculo de la consigna a seguir por cada helióstato en base a lo anterior.
  • Medición mediante codificadores de la orientación actual del helióstato.
  • Posicionamiento del helióstato en la consigna en lazo cerrado.
  • Gestión de comunicaciones con cada uno de los helióstatos.
  • Detección de errores.
  • Señalización y actuación en caso de emergencia.
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