Con dispositivos de seguimiento solar de alta precisión capaces de impulsar la productividad de la planta en un 30%, la tecnología de seguimiento solar debe constituir una prioridad en el diseño y planificación estratégica de las plantas.
Con precisiones de posicionamiento que alcanzan 0.1º y la capacidad de aumentar la productividad de las plantas hasta en un 30%, no es de extrañar que el sector busque optimizar la tecnología de seguimiento solar con el objetivo de maximizar su rendimiento.
“Los dispositivos de control de la radiación solar son una de nuestras líneas clave de investigación,” tal y como afirma Luis Yebra, investigador de CIEMAT en el proyecto líder en el sector Almería Solar Platform, añadiendo además que varios investigadores e ingenieros están implicados en esta tarea en el mismo emplazamiento del proyecto.
De forma simplificada, un dispositivo de seguimiento solar está formado por un sistema micro-controlador que funciona bien a través de un circuito abierto, utilizando algoritmos para controlar la posición del sol en un momento dado; o a través de un circuito cerrado, usando un sensor solar para ubicar la posición del sol. Estos sistemas de control envían la información a un accionador de seguimiento solar que orienta el dispositivo hacia el sol.
A pesar de que los controladores que utilizan sensores solares funcionan bien, los dispositivos que se basan en el uso de algoritmos para calcular la posición del sol suelen ser los sistemas preferidos en las plantas CSP. Esto es debido a que los mecanismos basados en sensores solares no pueden detectar el sol cuando este se esconde detrás de nubes.
Esto no es inconveniente para los sistemas fotovoltaicos, pero sí puede resultar un problema en el caso de tecnología de alta concentración solar termo-eléctrica. Roger Davenport, Ingeniero de Investigación en la compañía tecnológica SAIC, advierte: “Si el punto de enfoque no es el adecuado cuando el sol deja atrás la nube, puedes quemar cosas”.
Un dispositivo de seguimiento solar por cálculo puede, sin embargo, seguir controlando el movimiento del sol incluso cuando este se encuentra oculto tras una nube, por lo que una vez se haya ido la nube, el sistema seguirá monitorizando la radiación solar.
“Hoy en día los algoritmos para el seguimiento de la posición del sol son muy buenos,” dice Davenport. “Se puede usar un microprocesador para calcular el lugar en el que se encuentra el sol en un determinado momento y lugar”.
Abarcando todas las posibilidades
Estos algoritmos son después modificados para tener en cuenta un gran número de variables que aseguren la precisión del sistema de seguimiento solar bajo cualquier condición. El equipo investigador de Davenport ha desarrollado algoritmos que tienen en cuenta variables como: la caída del brazo de soporte del motor o la inclinación del pedestal de soporte, al mismo tiempo que maximizan la producción en tiempo real.
Francisco Rodríguez, Ingeniero de Automatización de Sistemas en la Escuela de Ingeniería de Sevilla explica que los algoritmos se diseñan teniendo en cuenta los diversos errores que pueden aparecer en estos sistemas. Pudiendo compensar, por ejemplo, las anomalías en la montura del recibidor o errores en la estructura mecánica, de tal manera que el dispositivo sea capaz, de todas formas, de seguir al sol.
Yebra afirma que el principal objetivo es desarrollar algoritmos de control que optimicen la capacidad de seguimiento solar bajo condiciones físicas diversas. Esto, añade Yebra, aseguraría que las perturbaciones, debidas por ejemplo al viento, fueran eliminadas.
Suntrack ha ido un paso más allá al desarrollar un algoritmo “backtracking”, el cual analiza situaciones pasadas en el campo solar para optimizar la posición del recibidor. Gracias a esto se evitaría el ensombrecimiento entre paneles/seguidores solares permitiendo mejorar la optimización de diseño de la planta (área de terreno/vatios). Según Suntrack se podrían conseguir mejoras en la eficiencia de hasta un 23% con este tipo de sistemas.
Impulsando la eficiencia de la planta
Las mejoras en los controladores también están ayudando a reducir la demanda energética de las plantas al asegurar que los recibidores se muevan lo menos posible buscando el alineamiento perfecto. Una forma de conseguir esto es programando los controladores de tal forma que no envíen señales a determinados dispositivos de seguimiento cuando estos no son necesarios.
Investigadores del Centro de Investigación Aplicada de Control Inteligente y Automatización de Ciudad de Méjico, están desarrollando métodos de novedosos de inteligencia artificial basados en algoritmos avanzados de control, con el objetivo de seguir al sol de la forma más precisa posible, reduciendo los movimientos innecesarios de los recibidores y minimizando el consumo energético.
Existe margen para mejoras en la eficiencia. Yebra cita mejoras en la eficiencia energética del controlador y accionador, reducciones en el coste del hardware y las redes de comunicación en el campo solar, y la integración optima de los sistemas de control global de las plantas CSP, como áreas clave que requieren mayor investigación.
“Un campo aún por explorar consiste en la combinación del sistema de control de seguimiento con el de inversión para conseguir una mejora en el rendimiento global del sistema,” añade Rodríguez; Además, Aitor Alapont, Director de Exportaciones de Suntrack, sugiere: “Sistemas libres de mantenimiento y de fácil instalación y manejo con bajo coste (menos de €600; US$810) deberían de constituir la apuesta de futuro en cuanto a este tipo de sistemas”.
Alapont también se inclina hacia sistemas de seguimiento solar innovadores tales como los nuevos sensores de ángulo, los cuales según Alapont son: “fáciles de instalar y con absoluta precisión de ángulo”, y nuevos sensores solares para circuitos de seguridad.
Davenport señala que, particularmente para plantas centrales de torre, se necesita realizar un mayor trabajo en el desarrollo de sistemas que controlen la totalidad del campo solar. Davenport es partidario de optimizar el objetivo de los heliostatos a tiempo real – moviendo sus puntos de enfoque individual en torno al recibidor para minimizar la diferencia de temperaturas.
“Con el gran número de heliostatos disponible, me parece que se podría precisar mucho la distribución de temperatura del recibidor a tiempo real y que esto podría representar un problema de inteligencia artificial muy interesante,” dice Davenport.
Sea lo que sea lo que depare el futuro, los sistemas de control para el seguimiento de la radiación solar seguirán siendo clave a la hora de disminuir el consumo energético de las plantas CSP y aumentar su rendimiento.
