RESUMEN EJECUTIVO

Proyectos de energa solar en INAOE

Sergio Vzquez y Montiel

13 de febrero de 2012

I. Antecedentes.

El crecimiento de los pases desarrollados, cuyo sistema energtico se caracteriza por el consumo de combustibles fsiles, est provocando una disminucin en dichos recursos a la vez que graves consecuencias para el medio ambiente. Por esto, se requiere la implantacin de tecnologas energticas que utilicen fuentes renovables que desemboquen en un modelo energtico sostenible.

Esto, junto a la importancia de la energa solar como fuente de energa renovable, hace que las centrales termosolares, generadoras de energa elctrica, adquieran gran importancia a la hora de atender las necesidades energticas de una sociedad respetuosa con el medio ambiente.

En el INAOE se desarrollan proyectos de Sistemas Termosolares que utilizan la radiacin solar directa concentrndola con espejos o lentes para transformar la energa solar en energa trmica y de ah en calor de proceso para uso industrial y en potencia elctrica.

II. Experiencia en el INAOE. 1. Canales parablicos de concentracin solar.

En el INAOE se diseo y construyo una planta experimental de canales parablicos de concentracin solar constituida por 12 canales de 12 m2 de rea cada uno para generar calor de proceso. En la fig. 1 se muestra una foto de la planta.

Esta planta se diseo y construyo con tecnologa completamente mexicana y fue un proyecto conjunto entre el INAOE y la empresa ENERNAT S.A. de C.V.

Este tipo de plantas sustituye a las grandes calderas con las que actualmente las empresas generan vapor de alta presin para sus procesos industriales.

Esta tecnologa puede ser transferida al sector industrial por el INAOE inmediatamente.

Fig. 1. Planta experimental de canales parablicos

2. Horno solar de alto flujo radiativo

El INAOE diseo y construyo un horno solar de alto flujo radiativo con las siguientes caractersticas:

1. Concentrador de 42.5 m2 2. Potencia nominal: 40 kWt 3. Sistema ptico compuesto por 409 espejos esfricos de corte hexagonal y 40 cm

de dimetro con recubrimientos de aluminio y oxido de silicio 4. Distancia focal: 3.68 m 5. Imagen menor o igual a 10 cm de dimetro 6. Concentracin de 10,000 soles 7. Temperatura de estancamiento 3000 K 8. Helistato de 81 m2 9. Distancia helistato concentrador: 21 m

En las figuras 2 y 3 se ven fotografas de este horno solar.

Este horno fue construido para el Centro de Investigacin en Energa, CIE, de la UNAM y actualmente est instalado en su campus en Temixco Morelos.

El horno fue terminado el ao pasado y en el congreso anual de SolarPACES llevado a cabo en Granada Espaa fue catalogado como el horno solar ms eficiente del mundo.

Fig. 2, parte posterior del heliostato, las persianas del modulador y el edificio que alberga al concentrador

Fig. 3, arreglo completo de los 409 espejos del concentrador.

III. Proyectos a desarrollar en el INAOE 1. Generacin directa de vapor de alta presin.

En las plantas de canales parablicos se usa como fluido de trabajo un aceite trmico especial que tiene desventajas importantes, puede ser explosivo, es caro y pierde sus propiedades en 5 aos, adicionalmente se requiere un sistema de transferencia de calor para obtener el vapor deseado. Por eso un problema abierto en el mundo es la sustitucin del aceite trmico por agua para tener lo que actualmente se conoce como generacin directa de vapor. No es un problema sencillo de resolver, pero en el INAOE se desarrollo una idea para resolver este problema, esta idea est en proceso de obtener la patente, por eso el INAOE desea construir una planta piloto de canales parablicos que utilice nuestra idea para generar vapor directo.

En la figura 4 se muestra un dibujo de lo que ser la planta en el futuro.

Fig. 4. Planta prototipo de canales parablicos para generar vapor directo.

La planta ser de 50 m2 y adems de verificar la viabilidad de su funcionamiento servir tambin como laboratorio de experimentacin para un futuro posgrado en energa solar.

2. Produccin de Hidrogeno Solar.

Usando reacciones qumicas como la que se encuentra a continuacin y que solo puede llevarse a cabo con una fuente de alta energa se pretende construir prototipos de reactores para poder generar hidrogeno solar que podr almacenarse, transportarse y usarse como combustible en sustitucin de los combustibles fsiles. La idea es usar el horno solar del CIE para generar la energa necesaria para las reacciones qumicas y verificar el funcionamiento de los combustibles, despus transferir la tecnologa para que alguna empresa mexicana produzca el hidrogeno en forma masiva. En la figura 5 se ilustra como seria este tipo de sistema

Fig. 5. Esquema para producir hidrogeno solar.

3. Motores Stirling y platos parablicos.

Los motores Stirling transforman energa solar en energa elctrica de manera directa y tienen una eficiencia de al menos 30% al llevar a cabo esta transformacin, lo cual es una enorme ventaja respecto de las celdas fotovoltaicas que tienen eficiencias de alrededor del 12%.

El objetivo de este proyecto es construir prototipos de motores Stirling que sern probados en el horno solar hasta encontrar un prototipo de alta eficiencia.

El objetivo de esta tecnologa es producir energa elctrica en poblaciones muy alejadas, a donde es incosteable llevar las lneas de transmisin elctrica.

En la figura 6 se muestra un sistema de este tipo.

Fig. 6. Plato parablico y Motor Stirling