Torre solar

Esquema de una torre solar que funciona con aire convectivo.

Una torre solar es una construcción que trata de aprovechar la energía solar mediante la convección de aire.

Funcionamiento

En su forma más sencilla, consiste en una chimenea pintada de negro. Durante el día, la energía solar calienta la chimenea, que a su vez calienta el aire que hay dentro de ella, creando una corriente de aire ascendente dentro de la chimenea (o torre). La succión que ésta crea en la base de la torre se puede utilizar para ventilar y enfriar el edificio subyacente. En la mayor parte del mundo, es más fácil aprovechar la energía del viento para producir una ventilación de este tipo, pero en días cálidos y sin viento la chimenea podría proporcionar ventilación cuando no sería posible producirla de otra forma.

Este principio se ha propuesto para la generación de la energía eléctrica, usando un gran invernadero en la parte de abajo más que utilizando la calefacción de la chimenea solamente.

El principal problema de esta propuesta es la diferencia relativamente pequeña entre la temperatura más alta y más baja del sistema. El teorema de Carnot restringe enormemente la eficacia de la conversión en estas circunstancias.

Para que sea económicamente rentable construirla debe medir más de 1000 metros de alto.

Diseño de la planta de energía

Historia

En 1903, el coronel español Isidoro Cabanyes diseñó la primera torre solar en la publicación La energía eléctrica. Uno de los primeros diseños de una central eléctrica basada en la torre solar fue creado en 1931 por un autor alemán, Hanns Günther. A principios de 1975, Roberto E. Lucier solicitó las patentes de la torre solar; entre 1978 y 1981 estas patentes, fueron concedidas en los Estados Unidos, Canadá, Australia e Israel.

Más recientemente con Schlaich, Bergerman & Partner, bajo la dirección del Prof. Ing. Dr. alemán Jörg Schlaich, se construyó un modelo de trabajo a pequeña escala de una torre solar en 1982 en Manzanares, (España), a 150 kilómetros de sur de Madrid, que fue financiada completamente por el gobierno alemán. Esta central eléctrica funcionó satisfactoriamente durante aproximadamente 8 años y fue derribada por una tormenta en 1989. La torre tenía un diámetro de 10 metros y una altura de 195 metros, con un área de la colección (invernadero) de 46.000 m² que conseguía una producción máxima de energía de cerca de 50 kilovatios.​

En 2006 y 2007 Jonás Villarrubia, español (http://www.elnuevolibro.com/Documentos/autor.htm) presenta una patente de utilidad española (U200600388) y europea (epo 07381002-0-1267) de una torre solar denominada JVR, (http://www.jvr.es/pdfs/memoriaJVRtorre.pdf) que disminuye el tamaño en altura, de 90 a 135 metros y utiliza el alma de una turbina de Gas modificada (eje central de la turbina: compresor, quemador y turbina) e instalada en su interior. Este tipo de torre solar deja de utilizar durante el día la zona de invernadero, siendo optativa para almacenar energía solar para utilizarla con otros medios: vapor de agua, etc. La energía que utiliza viene de un número determinado de helióstatos dependiendo estos de la potencia a desarrollar por la turbina y la energía que se pretende aplicar al alternador. El foco de los helióstatos se dirige a la parte trasparente (a una altura aproximada de 90 metros de la torre solar) que coincide con el quemador de la turbina instalada. Dentro de la torre, donde está situada la zona "alumbrada" por los [[helióstatos, en el quemador de turbina, sus paredes y un entramado de finos tubos por donde circula un fluido en su interior, es calentada con el fin de que al pasar el aire por este entramado, éste, se expanda y envíe esa energía cinética generada a la turbina. La energía aplicada al quemador de la torre por los helióstatos, al arranque de la turbina, es gradual con el fin de no deteriorarlo y fundirlo con un exceso de energía solar, que una vez iniciado su trabajo se aumenta gradualmente de forma fija u oscilante dependiendo de la energía solar necesaria para la energía a producir; oscilante si la energía solar es variable, pues en este caso los helióstatos, de forma automática mediante un circuito electrónico y sensores de temperatura instalados en la zona superior a la salida de la turbina, se abren o cierran con el fin de que la temperatura del quemador sea lo más fija y menos variable posible. Una vez la turbina en marcha, el aire que penetra por la base de la torre (en este caso sin pasar por la zona de invernadero), por toda su periferia y a una altura de 4 metros, con el fin de evitar grandes velocidades del aire y donde se pueden instalar también otras turbinas eólicas, es enfriado al pasar por unas láminas instaladas en su interior y por las que circula un fluido. El fin de estas laminas o placas es desecar el aire absorbiendo en lo posible su humedad que queda en forma de condensación en dichas laminas y que es dirigida, con la misma energía del aire al ascender, al exterior donde puede ser aprovechada para los fines que hubiere lugar. Para el enfriamiento de las láminas refrigerantes se puede utilizar la energía solar o parte de la misma energía generada por la turbina instalada.Los cálculos del aprovechamiento de la Torre solar JVR ((http://www.jvr.es/pdfs/calculotorresolarJVR.pdf) constatan la eficacia de éste método. Independientemente que se le añade el agua generada en desecar el aire que es de una total potabilidad y es aprovechable para el consumo humano, siendo muy alto el volumen de producción, aun cuando depende de la humedad atmosférica de la zona en la que se instale la torre solar; para este caso en el que se quiera conseguir altas cantidades de agua, la mejor opción es en zonas muy soleadas y cercanas al mar.

Características

Durante la operación de la torre solar de Manzanares, los datos para la optimización fueron recogidos en una base de datos segundo a segundo. Estos datos se han concedido a EnviroMission y a SolarMission Technologies Inc. que planean desarrollar este concepto bajo el nombre de marca Solar Tower. A principios de 2005 comenzaron a recoger datos meteorológicos en una localización de Nueva Gales del Sur, Australia, para intentar erigir una central eléctrica con una torre solar completamente operacional en 2008.

La máxima potencia eléctrica que puede desarrollar el diseño es de hasta 200 MW. La chimenea solar propuesta inicialmente debía medir 100 kilómetro de alto, y la base 7 kilómetros de diámetro, con una superficie de 38 km². La chimenea solar extraería así cerca del 0.5% de la energía solar (1 de kW/m²) que fuese irradiada en el área cubierta.

Sin embargo, los informes actuales indican que debido a las mejoras en los materiales para la absorción de calor que pueden ser utilizados en el invernadero, la altura de la chimenea y el diámetro de la base podría verse reducido sustancialmente para incrementar así la eficiencia.

Los subproductos más significativos de diseños propuestos son agua destilada (a partir del agua del océano o del agua del subsuelo) y en ciertos casos puede ser conveniente que algunos productos agrícolas crezcan bajo el perímetro externo del área del invernadero de la central eléctrica.

Las explotaciones agrícolas incluyendo las frutas y verduras, así como los aceites esenciales medicinales y aromáticos hechos de hierbas y flores, las algas marinas y el plancton, todos se han considerado como cosechas convenientes para estos escenarios. La biomasa residual podría crear calor adicional durante el abono, al igual que algunas destilaciones, transformación de los alimentos y operaciones de fabricación. Otros subproductos pueden incluir el etanol y metano, biodiésel y toda clase de derivados de vegetales y plantas.

Comparaciones

Las torres solares conseguirán una mayor disminución del efecto invernadero produciendo solamente la electricidad sostenible verde limpia, nigún tipo de carbón o gas para generar electricidad puede competir con las credenciales de energía limpia de una torre solar.

Para sustituir una típica central eléctrica de carbón de 2000 MW, se necesitarían 10 torres como la propuesta (dependiendo de escala y de capacidad). Esto disminuiría en más de 14 millones de toneladas la emisión de gases del invernadero a la atmósfera.^{[cita requerida]}}

Haría falta, por tanto, un área de, aproximadamente, 380 km², cuatro veces la superficie de la isla de Formentera o dos terceras partes de la superficie de la isla de Ibiza, sólo para sustituir una central de carbón. Se conseguiría que esta tecnología fuera útil sólo en ciertos espacios, como desiertos o zonas en las que se podría aprovechar los coproductos, como en Almería, donde podrían seguir liderando la producción de hortalizas de invernadero además de conseguir el agua que han ido agotando del subsuelo mediante la destilación de agua de mar que coproduciría la torre.

Otras fuentes de Conversión

Hay más tecnologías capaces de convertir la energía solar en energía eléctrica.

La chimenea solar es una parte del grupo termo-solar de tecnologías solares de conversión. Hay otros dos diseños que trabajan de la misma forma. El primer es el diseño espejos parabólicos y el otro es el espejo solar combinado con el motor de Stirling. De estas tecnologías el espejo solar/motor de Stirling, tiene el rendimiento energético más alto (el record actual es una eficacia en la conversión del 30% de energía solar). Las plantas solares parabólicas se han construido con eficacias del cerca de 20%. La torre solar tiene una eficacia de menos del de 2%. Sin embargo, debido a su mayor escala y simplicidad, la torre solar puede tener una eficacia económica cercana o superior a los otros métodos.

La única estación existente de energía solar de Australia, estación White Cliffs Solar Power Station, fue construida originalmente usando tecnología solar parabólica que concentraban la luz calentando agua, pero ahora se han actualizado a energía fotovoltaica obteniendo casi dos veces la potencia eléctrica de los mismos espejos.

Véase también

• Central térmica solar
• Etanol (combustible)
• Energía solar
• Torre solar de Fuente el Fresno

Enlaces externos

• Schlaich, Bergerman and Partner website
• Solar Tower OpenSource Energy Project
• Environmission International EarthNews Online
• Solar Chimney de Global Warming Solutions
• EnviroMission Ltd. of Australia Website
• Wentworth Shire, NSW - Solar Tower site
• Santa Clara University Kennedy Mall Commons
• Un site con buenas imágenes que mustran impresiones artísticas

Artículos

• Torre solar de Fuente el Fresno (video)
• Una torre solar para Ciudad Real
• "Solar Tower of Power Finds Home" from Wired
• "A Tower in Oz to Touch the Sun" from Wired
• "A Technology to Save the Planet" de Daily Kos
• Torre solar JVR (video)