Sistemas Disco-Stirling

Un sistema disco/Stirling consta de un espejo parabólico de gran diámetro con un motor de combustión externa tipo ‘Stirling’ emplazado en su área focal.

El espejo parabólico –disco- realiza seguimiento solar continuado, de manera que los rayos solares son reflejados en su plano focal, obteniéndose así un mapa de energía solar concentrada, de forma gaussiana y varias decenas de kW.

El motor Stirling es un motor de combustión externa que emplea el ciclo termodinámico del mismo nombre y que presenta dos ventajas que le hacen muy adecuado para esta aplicación:

• Es de combustión externa, es decir, el aporte energético puede realizarse mediante la luz solar recogida por el disco parabólico y concentrada en su zona focal.
• Es un ciclo de alto rendimiento termodinámico.

Esquema de funcionamiento de un disco parabólico con motor Stirling en el foco.

El motor Stirling lleva acoplado un alternador, de manera que dentro de un mismo bloque situado en el foco del disco concentrador se realiza la transformación de la energía luminosa en electricidad que se puede inyectar en la red eléctrica ó bien destinarla a consumo directo en alguna aplicación próxima al lugar de emplazamiento.

Los sistemas disco-Stirling tienen su aplicación más obvia en la producción de electricidad para autoconsumo en lugares aislados donde no llegue la red eléctrica, como ejemplos podemos citar: el bombeo de agua en pozos ó el suministro de electricidad a núcleos de viviendas rurales.
El rango óptimo de potencias para ser competitivo en el mercado energético estaría en el orden de unas decenas de kilowatios donde aspiraría a competir con sistemas ya comerciales como los fotovoltaicos o los generadores diesel.

Desde el comienzo de las actividades en 1992, tres generaciones de prototipos se han sido montadas y operadas rutinariamente en la PSA para su evaluación técnica: DISTAL I, DISTAL II y EuroDISH.

DISTAL I

En operación desde 1992, esta instalación consistió inicialmente de 3 unidades de disco parabólico de 7,5 metros de diámetro capaces de recoger hasta 40 kWt de energía, con un motor Stirling SOLO V160 capaz de generar hasta 9 kWe situado en su zona focal.

El prototipo de concentrador se construyó aplicando la tecnología de membrana tensionada, la cual mantiene la forma parabólica mediante una pequeña bomba de vacío. Su reflectividad es del 94% y es capaz de concentrar la luz solar hasta 12.000 veces en el centro de su foco de 12 cm de diámetro.

Su distancia focal es de 4,5 metros y el sistema de seguimiento es polar.

Un sistema DISTAL I en operación en la Plataforma Solar de Almería

Dos unidades DISTAL I fueron desmanteladas en el año 2000 para ser reemplazadas por unidades EuroDISH de tercera generación.

DISTAL II

Como primer intento por obtener un sistema de mejores prestaciones y coste por kWe más reducido, se llevó a cabo el proyecto DISTAL II.

Durante los años 1996 y 1997 fueron instalados y puestos en operación rutinaria tres nuevos discos basados en la tecnología de membrana tensionada.

Estos prototipos tienen un diámetro ligeramente mayor, 8,5 m, con lo que la energía térmica aportada al motor es de 50 kWt . Su distancia focal es de 4,1 m y el valor máximo de concentración es de 16.000 soles en el centro de su foco.

El motor Stirling también ha evolucionado, tratándose ahora del modelo SOLO V161, de 10 kWe .
El sistema de seguimiento es ahora del tipo acimut-elevación, con lo que se consigue la operación automática en modo orto-ocaso.

Unidad DISTAL II

EuroDISH

El segundo y, por ahora, último intento para acercar esta tecnología al umbral de la rentabilidad económica ha sido el proyecto hispano-alemán ‘EuroDISH’.

Nuevo receptor de tubos para la cavidad absorbedora del motor Stirling

Se han diseñado y construido dos nuevos prototipos, en los cuales se ha pretendido actuar sobre los siguientes aspectos:

• Reducción del precio de los componentes mediante la identificación de elementos de uso estándar en la industria.
• Desarrollo de un nuevo sistema de fabricación para el disco concentrador. Se ha abandonado la tecnología de membrana tensionada y se ha utilizado un sistema de moldes y material ‘composite’.
• Mejora del motor ‘Stirling’ SOLO V161, especialmente de aquellos componentes utilizados en la cavidad que recibe la energía solar concentrada.
• Desarrollo de un nuevo procedimiento optimizado para el montaje del sistema, usando nuevas herramientas especiales.
• Control y monitorización remotos a través del WWW.
• Ensayo de unidades precomerciales como sistemas de referencia.

Vista anterior y posterior de las nuevas unidades ‘EuroDISH’.

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