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EL SISTEMA DE ORIENTACIÓN
DE COLECTORES (CCP)
Para
que la radiación captada en la superficie de los módulos sea máxima, es
necesario que dicha superficie de captación sea perpendicular a la
dirección en la que inciden los rayos solares. Esto supone que el campo
solar debe disponer de dos sistemas: el primero, que debe determinar
con exactitud donde se encuentra el sol en cada momento, y el segundo,
que debe posicionar el módulo en posición perpendicular. Ya que el tubo
absorbedor atraviesa los módulos longitudinalmente, solo es posible
realizar el seguimiento solar a un eje.
Por Santiago García Garrido
La determinación de la posición solar.
Actualmente existen dos sistemas para determinar la posición solar:
sensor solar (sensor de sombra) y algoritmo matemático. El primero
determina la posición de una sombra que genera el sensor en un punto
determinado. El segundo, se basa en el hecho de que es posible conocer
con absoluta exactitud la posición solar cualquier día del año en cada
segundo, basándose en cálculo astronómico. De los dos sistemas, es el
seguimiento por algoritmo matemático el que permite obtener un
resultado más preciso, sencillamente porque el sensor con exactitud la
posición del sol sin necesidad de medirlo. Las estaciones
meteorológicas permiten conocer la posición solar para contrastarla con
el cálculo realizado, y comprobar si hay desviaciones. Es necesario
además el empleo de un encoder que permita verificar la correcta
posición del módulo solar.
El sistema de seguimiento.
La primera alternativa que se ha estudiado y que actualmente está
descartada es la posibilidad de realizar el movimiento de seguimiento
solar a un eje con un motor eléctrico y un grupo reductor. Los
inconvenientes que presenta son los siguientes:
- La potencia eléctrica sería mayor que la necesaria para realizar el movimiento con un sistema hidráulico.
- En una planta con 90 lazos, los 360
colectores que lo componen se moverían en el mismo instante. Eso haría
que se produjeran picos de consumo muy acusados.
- La pequeña oscilación provocada por el
viento desgastaría prematuramente el reductor, lo que provocaría fallos
frecuentes.
Es indudable que un sistema de movimiento basado en un motor eléctrico
y un reductor simplificaría la instalación, el montaje y el
mantenimiento del sistema de tracción, pero el estado actual de
la tecnología aplicada al movimiento de los colectores hace pensar que
no sería ninguna ventaja.
La siguiente alternativa está basada en un motor eléctrico que acciona un sistema hidráulico con un engranaje de cremallera. El sistema puede verse en la figura 1*.
El sistema, aunque fácil de operar y mantener, provoca una pequeña
desviación en los extremos del colector, que hace que la orientación no
sea perfecta en esa zona del colector. En caso de requerirse un
desenfoque rápido y total, hay que prever la disponibilidad de un
sistema de alimentación de emergencia de aproximadamente 1 MW de
potencia y arranque rápido, para garantizar el desenfoque incluso con
un corte de energía de la línea principal.
El mecanismo de tracción ideal.
El mecanismo de tracción ideal a día de hoy es un mecanismo hidráulico
basado en dos cilindros, un grupo hidráulico y un conjunto de válvulas,
instaladas en el centro de un colector. En la figura 2* pueden verse dos ejemplos del sistema hidráulico.
El sistema hidráulico consta de los siguientes elementos
- Sistema hidráulico, generalmente compuesto por:
- 1 central hidráulica, compuesta por un motor, un depósito de aceite, y un conjunto de válvulas.
- Latiguillos de conexión y fluido hidráulico.
- Encoder lineal y finales de carrera.
- Sistema de biela-manivela en la cabeza del pilar para convertir el movimiento lineal del cilindro en movimiento rotativo.
A pesar de que presenta indudables ventajas frente a los sistemas
eléctricos basados en un motor y un reductor, o al sistema
electrohidráulico mostrado en la figura 1*, el empleo de un sistema hidráulico como el descrito requiere prestar atención a una serie de puntos:
*La acumulación de suciedad en los perfiles.
*La posibilidad de entrada de polvo y/o humedad en el depósito.
*La corrosión que puede sufrir la estructura y el sistema hidráulico.
*El correcto funcionamiento de las válvulas.
*El frenado del módulo para mantenerlo en la posición deseada en condiciones de viento.
*El suministro constante y fiable de aceite.
*La calidad de los cilindros hidráulicos responsables del movimiento.
*El grado de protección del armario eléctrico y del sistema hidráulico.
*Capacidad para realizar un movimiento completo de desenfoque aún en ausencia total de suministro eléctrico.
Todos estos puntos pueden no causar un problema a corto plazo, haciendo
que el sistema aparentemente funcione de forma satisfactoria. Pero
estas plantas deben funcionar correctamente más de 25 años, por lo que
no hay que perder de vista el comportamiento a largo plazo de cada
sistema que se instale en una central termosolar.
El sistema FLUITECNIK HAWE.
De las soluciones existentes en el mercado, el sistema
desarrollado por FLUITECNIK HAWE es, con diferencia, el que mejor
contempla cada uno de los aspectos que deben preocupar a un promotor a
largo plazo. La solución propuesta por la empresa FLUITECNIK HAWE tiene
en cuenta los siguientes puntos:
Protección anticorrosiva de todos sus componentes asegurando el cumplimiento de las más estrictas especificaciones técnicas.
Verificación del diseño mediante test y ensayos de vida y fatiga de los diferentes componentes utilizados.
Optimización del diseño que
facilita las operaciones de montaje en planta y los posteriores
trabajos de operación y mantenimiento, rebajando costes en la
construcción y en la explotación. El sistema se envía a planta
totalmente montado, probado y calibrado.
Los componentes de este sistema y sus características principales son las siguientes:
Bomba hidráulica de pistones radiales de caudal fijo. La central hidráulica mostrada en la figura 3*
El depósito de aluminio que
almacena el aceite hidráulico mejora la refrigeración e inhibe el
riesgo de corrosión. Gracias a que el motor eléctrico se encuentra
sumergido, el equipo es muy compacto y ligero, pudiendo un solo
operario sin conocimientos de hidráulica o electricidad (va equipado
con un conector Harting que simplifica la conexión y desconexión)
montar y desmontar la central. No hay que olvidar que la plantilla de
mantenimiento es reducida, por lo que todas las actividades de
mantenimiento que puedan delegarse en el personal de operación
favorecen la disponibilidad y mantenibilidad del campo solar. Además,
no es necesario pintar el equipo, lo que reduce la carga de trabajo del
personal de mantenimiento.
Sistema de deshumificación
para asegurar pureza de aceite garantizando ausencia de agua en el
circuito. El depósito lleva un filtro de Silicagel que mantiene libre
de humedad y de polvo el interior, aumentando la durabilidad del aceite
hidráulico. El diseño del depósito es modular y puede tener la
capacidad que se precise, reduciendo en gran medida la cantidad de
aceite hidráulico necesario en el conjunto del campo solar.
Las válvulas son estancas,
y aunque la firma dispone de sistemas con válvulas de corredera,
RENOVETEC recomienda claramente las válvulas estancas ya que son menos
sensibles a la suciedad. Se trata de un diseño modular, de acero
mecanizado y tratado, lo que parece una buena elección al dotar al
conjunto de una alta protección a la corrosión. Con la válvula estaca
se limitan además las fugas internas, y se consigue una mayor precisión
en el movimiento. Las válvulas están diseñadas al caudal requerido por
el circuito para una mejor precisión del posicionado. Utilizan bobinas
de tan sólo 8 w que reducen el consumo de la instalación y la necesidad
de energía en caso de un desenfoque de emergencia.
Los cilindros tienen un doble sistema de estanqueidad,
minimizando el riesgo de fugas de aceite al exterior. Además, la
disposición de los cilindros facilita las operaciones de mantenimiento.
El bajo rozamiento del sistema de estanqueidad evita el efecto
stick-slip, permitiendo un control de seguimiento solar más continuo.
Las juntas internas soportan condiciones meteorológicas desfavorables
(hielo, cambios de temperatura bruscos) y tienen un excelente
comportamiento a los rayos UVA.
El grado de protección de todo el accionamiento es IP 65,
grado mínimo que debe considerarse en el proyecto de un campo solar.
Dispone además de sensores de temperatura y nivel de aceite.
Los perfiles no son angulares, sino cerrados, lo que evita la acumulación de polvo y suciedad.
El sistema posee un acumulador de presión,
que evita los continuos arranques y paradas del motor eléctrico que se
observan en los sistemas sin acumulador, y permite además realizar un
desenfoque completo en caso de emergencia con la mínima alimentación
eléctrica.
contiene en su interior la bomba de pistones. La bomba trabaja con
comodidad a los 150 bar que se exige, ya que puede desarrollar hasta
700 bar en continuo. La duración media de una bomba de pistones, es
cinco veces mayor que una bomba de engranajes. La bomba tiene tres
pistones, con la ventaja indudable de que cada pistón se comporta como
una bomba independiente, de forma que si se produce alguna incidencia
en algún pistón el equipo sigue trabajando correctamente con 1/3 menos
de caudal pudiendo esperarse hasta la noche para su reparación.
* Todas las fotografías y figuras que se mencionan, se pueden ver en el formato de la revista.
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