Un equipo de investigadores sueco-finlandés ha diseñado un sistema energético para la generación de vapor en la industria alimentaria y de bebidas que utiliza energía solar térmica y fotovoltaica unida a un almacenamiento térmico basado en arena.
El sistema propuesto combina una planta termosolar basada en colectores cilindroparabólicos (CCP) conectada a un acumulador de agua y una instalación fotovoltaica acoplada a un sistema de almacenamiento de calor a alta temperatura basado en arena. Está previsto que las dos instalaciones suministren calor por separado a la misma instalación industrial, y que la unidad fotovoltaica se utilice cuando la planta termosolar no pueda satisfacer la demanda de calefacción.
Los científicos explicaron que siempre debe darse prioridad al funcionamiento de la planta termosolar, ya que genera vapor al costo de calefacción más económico. Además, señalaron que el sistema también debería contar con un tercer sistema de calefacción de apoyo, como una caldera comercial típica, que sólo debería utilizarse cuando ambas instalaciones solares fueran insuficientes para satisfacer la demanda de calefacción.
El grupo modeló el sistema híbrido con el software TRNSYS, que se utiliza para simular el comportamiento de sistemas renovables transitorios. A continuación, utilizó el software Python para simular la interacción del colector solar y la carga.
Se investigaron cuatro escenarios diferentes: un caso de referencia en el que el calor lo suministra exclusivamente la caldera convencional; una configuración del sistema basada en la caldera y la planta termosolar acoplada al almacenamiento de agua; un sistema híbrido que utiliza la caldera y la planta fotovoltaica vinculada al almacenamiento de arena; y un sistema que utiliza ambas tecnologías solares conectadas a sus respectivos sistemas de almacenamiento.
Los investigadores partieron de la base de que el sistema y el edificio industrial estaban situados en Sevilla, al sur de España.
Mediante su análisis tecnoeconómico, descubrieron que la cuarta configuración del sistema que utiliza ambas tecnologías solares ofrece el costo nivelado de calor (LCOH) más bajo, de 83,5 euros (93,9 dólares)/MWh. El LCOH más alto lo ofrecía el sistema basado únicamente en la caldera convencional, con 100 euros/MWh, mientras que el sistema basado en la generación de vapor fotovoltaico sin energía solar térmica alcanzaba un LCOH de 90 euros/MWh. El sistema basado en energía solar térmica sin fotovoltaica alcanzó un LCOH de 84 euros/MWh.
“En un sistema combinado, los sistemas CTP y FV se complementan para lograr un mejor rendimiento económico y de superficie, al tiempo que se consigue una fracción solar combinada muy elevada”, señalaron los científicos, que añadieron que este sistema híbrido proporciona el mejor ahorro de superficie, de aproximadamente 20.000 m2. También destacaron que la unidad solar térmica es capaz de satisfacer el 30% de la demanda de calefacción de la instalación industrial, mientras que la unidad fotovoltaica y la caldera cubren el 60% y el 10%, respectivamente.
Presentaron el sistema en el estudio “Techno-economic assessment of a novel hybrid system of solar thermal and photovoltaic driven sand storage for sustainable industrial steam production” (Evaluación tecnoeconómica de un novedoso sistema híbrido de almacenamiento en arena accionado por energía solar térmica y fotovoltaica para la producción sostenible de vapor industrial), publicado en Energy Conversion and Management. El equipo de investigación está formado por científicos de la Universidad de Dalarna (Suecia), el proveedor finlandés de sistemas de almacenamiento en arena Polar Night Energy Oy y el especialista sueco en energía solar térmica Absolicon Solar Collectors AB.
Polar Night Energy desarrolló un sistema de almacenamiento de arena sobre el que la revista pv informó en julio de 2022. El sistema está incrustado en un contenedor alto de acero y es capaz de almacenar electricidad en forma de calor durante varios meses a temperaturas que oscilan entre 500 ºC y 600 ºC. El sistema utiliza arena seca común sin ningún tratamiento especial como medio de almacenamiento y funciona con tuberías que contienen aire. Cuando este aire se calienta, se bombea a través de las tuberías y llega a la arena, que a su vez se calienta hasta 600 ºC.
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