Sistema de concentración solar de alta eficiencia con seguimiento mínimo de la trayectoria del sol

Abstract

La explotación de fuentes no renovables para satisfacer la demanda energética representa conflictos ambientales debido a la expulsión de CO 2 a la atmósfera. En la actualidad, fuentes renovables como el viento, calor solar y biocombustibles han ido creciendo en las ultimas décadas, contribuyendo en un 17,6% del total de la producción mundial de electricidad [43]. A pesar de contar con un diverso panorama de fuentes alternativas, la presente investigación se centra en el uso del Sol como fuente para la trigeneración en viviendas, lo que significa transformar la energía solar en electricidad, agua caliente y refrigeración. La captación de radiación se logra al interponer un dispositivo óptico capaz de concentrar la energía solar en un área reducida, logrando asó un incremento en la temperatura. Sin importar la configuración del concentrador, el seguimiento del Sol es una característica primordial para su funcionamiento, sin embargo, esta presenta contradicciones técnicas a ser resueltas. Por un lado, al calibrar la orientación del sistema se generan sombras entre el recibidor y el absorbedor, lo cual repercute directamente en la temperatura de concentracioón. Por otro lado, al requerir de altas temperaturas, grandes superficies de captación son necesarias, lo que aumenta el peso del sistema y dificulta su movimiento. Si a esto se le agregan las cargas generadas por el viento y la estructura de soporte, se requiere de gran cantidad de energía para lograr su ajuste. Por tanto, el enfoque principal de la presente investigación es el desarrollo de un sistema de concentración solar de alta eficiencia de seguimiento semipasivo de la trayectoria del Sol. El concepto es concebido a través de un modelo de iteración que, mediante el uso de software de simulación y su relación con modelos matemáticos, permite la generación de ideas en un tiempo reducido. La separación física de las funciones primordiales de seguimiento solar como de concentración es la solución a la contradicción técnica planteada. Esto se logra al in¬ terponer un sistema de persianas por encima del conjunto absorbedor-recibidor. Di¬ cho sistema compensa entonces la variablidad de la trayectoria del Sol con un mínimo de movimiento y la redirecciona perpendicularmente al área de concentracioón, la cual permanece semiestacionaria a lo largo del año. El sistema permite alcanzar temperaturas promedio de 1068°C con un máximo de 1489°C al mediodía, ya sea a través de un absorbedor tipo espejo o bien con una lente, ambos con una configuración tipo Fresnel.