Tema: Diseño Español de Colector Lineal Fresnel

¿Hay alguien que esté o haya trabajado en el diseño y simulación de un colector tipo lineal fresnel ? Sería muy interesante realizar un diseño del equipo partiendo de componentes muy usados en la industria (baratos y fáciles de encontrar) para que sean encargados y ensamblados por cualquier empresa de nuestro país dispuesta a ello. Yo estoy trabajando en ésto precisamente, y me gustaría saber si alguien también lo está haciendo para compartir visiones, ideas.. y de alguna forma colaborar en la idea de desarrollar nuestro fresnel porque no es tan complicado (probablemente la apuesta más simple para aprovechar la potencia solar).

Un saludo y gracias por la aportación.


{{La única forma de conseguir un planeta más verde es demostrar que es económicamente rentable}}

Hola SAAE.
Yo no estoy trabajando en esto, como pides, pero lo que llevo visto de este tipo de concentradores a base de configuraciones fresnel, también me gustan mucho, por lo sencillo, por que según parece son muy eficaces, y por que tiene muchas posibilidades de aplicar en muchos usos.
Estaré atento a este hilo, para aprender algo.
Saludos.

Te voy a comentar de primera mano, por tu agradecida atención al tema, la idea del proyecto:

La mayor parte de captadores tienen varios handicap, a saber, que son bastante caros en cuanto a fabricación, aprovechan poco el suelo en el que se situan (debido a sombreo) y necesitan juntas articuladas en las tuberias que implica roturas y fugas peligrosas, uso de aceite térmico (carisimo), etc.

La idea del equipo fresnel es solventar todos esos problemas, !A pesar de que perdemos eficiencia por el camino debido a la simplificación de tomar diferenciales de espejos para modelizar un paraboloide!.

Pero esta demostrado que la solución mejor no es la que mejor funcione sino la más barata y que más fiabilidad de, y en eso el equipo fresnel es el rey de la pista.

El problema de fabricación está resuelo ya que usamos espejos planos, tuberías normales, elementos estructurales y perfiles normalizados, etc (componentes baratos y fáciles de encontrar en España).

Al ser espejos cortos en una dirección permiten un aprovechamiento óptimo de la superficie de suelo ya que no hay apenas solape entre los mismos en posiciones solares de muy por la mañana y muy por la noche, luego conseguimos más potencia por metro cuadrado (lo cual es decisivo a la hora de comprar/alquilar suelo para la planta).

Y finalmente no hay juntas, sino uniones estancas rígidas soldadas lo cual grantiza fiabilidad (no escapa fluido) y además se puede optar por producción directa de vapor con lo que nos ahorramos el aceite térmico.

El principal hándicap en el que estoy trabajando se basa en que la estructura crea sombra sobre los espejos y eso penaliza su rendimiento. Necesito diseñar una superficie suficiente rígida, que tenga luces grandes entre pilares, y por supuesto que sean lo más esbeltos posibles dichos pilares para evitar sombreo.

Si hay alguien dedicado a estructuras, o construye enstructuras, etc. Ruego se ponga en contacto en el foro debido a que es el principal problema que presenta (y único) y que puede ser resuelto mediante un rediseño de la estructura.

Además de ésto, sería bueno alguien que trabaje con matlab/simulink/simscape, Modelica o algún software de simulación para modelizar el equipo y así testar mejoras sin ir a fabrica (hacer primeros números).

Gracias por su atención
Un saludo.

SAAE
Sociedad Agro-Energética Andaluza.

Buenas tardes SAAE.
Por lo que veo has adoptado como nick el nombre de tu empresa, de la que me gustaría saber mas.
Según cuentas, estáis inmersos en un proyecto como este:
http://www.interempresas.net/Energia/Articulos/40099-Tecnologia-Linear-Fresnel-para-la-primera-planta-de-energia-solar-termica-a-gran-escala.html
o este otro:
http://www.centralestermosolares.com/avanzadoplantafresnel.html
¿Es así?
Si es así, te diré que los problemas de sombras, deben ser parecidos al del segundo enlace. Pero como veras en el primer enlace, lo han resuelto con unos puntales muy delgados, que solo soportan el peso del absorbedor, y unos vientos que mantienen a este en su posición y con la tensión de los vientos (supongo que estarán tensados) componen un sistema vectorial que forman una estructura rígida, a modo de la jarcia firme de un velero, donde los puntales son los palos, y los vientos los obenques y los stays. Yo que tengo por afición la navegación, lo veo muy bien resuelto.
Si quieres contarme algo más, y puedo servirte para dar alguna idea, encantado.
Alguna experiencia tengo, y si no yo, mi empresa, pero no quiero identificarme en un foro, por lo que mejor por privado.
Saludos.

Muy buena puntualización, pues en eso mismo estamos trabajando. Trabajar con estructuras pretensadas es una idea muy buena, pero tiene un mantenimiento significativo ya que hay que regular la tensión de los cables para que estén en su sitio y eso es mano de obra (aunque no veo solución más pequeña y esbelta).

Otra idea es intentar conseguir luces longitudinales mayores mediante una estructura portante articulada (lo que quede encima del colector puede ser voluminoso (no pesado sino voluminoso)) lo cual permita que una misma masa de acero consiga un modulo resistente mayor y así lograr luces mayores (menos pilares y menos tirantes) lo cual ahorra mantenimiento y sombra.

Hay alguna idea para autoregular los tensores de forma automática y así conseguir estabilizar la estructura sin mantenimiento en tiempo real?

El problema es que la estructura atirantada necesariamente tiene que trabajar a tracción porque en el momento que aparezca compresión, como se buscan perfiles muy esbeltos aparece pandeo y todo va al traste..

No es por discutir, ni por empecinarme, pero la jarcia de los veleros no se destensan tan fácilmente, y eso que están sometidas a esfuerzos tremendos.
Se podría hacer una prueba, ya que no se requiere mucha inversión, total simulando un par de tramos, se podría ver como se puede ajustar, si resulta firme, y con tiempo, si se desajusta.
Por otro lado, se podría investigar como les va a estos de NOVATEC, en esa planta de Murcia.
También se puede dar mas rigidez al tubo absorbedor, si lo acompañamos con un perfil lo mas rígido posible en toda su longitud, y que sujete al absorbedor por la parte de arriba, obviamente.
Incluso se podrían prolongar los puntales, por encima del absorbedor, para sujetar otra colección de cables, a modo de puente colgante, para aumentar la luz entre puntales.
En fin un cacao de cables.
Para mantener los cables tensados con una fuerza controlada y constante, no se me ocurre mas que unos muelles, como los que se utilizan en los amarres de los barcos, que compensen la posible elongación de estos con el tiempo y la tensión (cosa que me parece poco probable, si utilizamos un buen cable de acero, que los hay, además que la longitud es corta, y no haría falta mucha tensión), además de un tensor para corregir, y si queremos estar seguros de lo que pasa, sin estar todo el día pendientes, podríamos intercalarles una galga extensiometrica y monitorizarlas, para que nos diera una alarma. O si parece excesivo y complicado, que lo es, podríamos disponer unas barreras láser, de tal manera, que en cuanto se mueva un pelin el absorbedor de su posición, nos salte una alarma, y podamos corregirla con los tensores, y con la ayuda de estos posicionadores láser.

Y no se me ocurre nada más.

Me empeño en esta idea, por que me parece que es la que menos sombra proyectaría, y por que si se hace con esmero, podría ser barata, y eficaz.

También tengo la experiencia de torres de hasta 22m de altura, de esas triangulares, que con tres juegos de vientos a 120º, no se han movido ni un ápice, y que incluso hemos trepado por ellas para montar antenas y demás (claro que entonces tenia yo 20 años, que tiempos)

Saludos.

Me encanta... son buenas propuestas todas y cada una de ellas.

Comento que no tengo experiencia directa con estructuras pretensadas y por ello me cabe la duda de si suelen plastificar (destensarse) o no, pues lo único que se es que los cables son muy puñeteros.
De todas maneras, con algún dispositivo laser que controle que el captador está en su sitio es facil realizar el mantenimiento.
Para el pretensado es tan simple como un dispositivo tornillo que pueda ser bloqueado mediante un pasante interior. Si según su experiencia la estructura no destensa fácilmente, no es necesario recurrir a un tensador electrico servocontrolado ya que multiplica el precio.
Lo de las galgas, si eres capaz de pegar una galga correctamente en un cable, entrarás en el libro guiness de los records seguro je, je. No es nada facil y menos que funcione bien.

Respecto a la estructura superior que soporta el colector a modo de puente colgante, es muy buena idea hacerla resistente para aumentar las luces, pero cuanto más grande (y pesada) la hagamos mas luz tendremos entre pilares pero más grandes serán.

Si no fuera por el pandeo de esos pilares centrales que trabajan a compresión sería fantastico, pero eso limita mucho y hace el pilar mucho mas grande de lo que debería.

De todos modos, una estructura articulada en la parte superior (que son bastante ligeras) en forma triangular (en sección), puede ser una buena solución.. es cosa de estudiar cuanto aumenta el tamaño del pilar conforme se aumenta la luz.. porque también entrarian en juego factores de viento que flexionarian lateralmente la estructura soporte del colector, etc..

Es cosa de ponerse con el cype a simular y ver que sale..

¿Qué opinas del último párrafo? ¿Que estructura elegirias para soporte del colector y qué sección de pilar usarias? ya que hemos arreglado por unanimidad el problema de los tirantes

Un saludo

Muy bien,
Y ya que vamos a co diseñar el soporte (jejeje), dime que diámetro tiene el tubo absorbedor, peso del metro de tubo una vez lleno, altura desde el suelo, y luz que habíais pensado, así como la longitud de cada sector, y distancia del puntal hasta donde se puedan anclar los vientos. Y si me mandas un croquis acotado, mejor.
Pero cuéntame algo mas del proyecto, que yo disfruto con las instalaciones y dando ideas, aunque no sirvan para nada.

Aquí puedes ver como se monta una galga extensiométrica para medir axialmente, como, por ejemplo, hacer un cacharro para pesar colgando la carga.
Habría que buscar una comercial, pero ahora no la encuentro, ya veré si es que te interesa.
http://www.ual.es/~aposadas/Practica_05.pdf

El último párrafo no lo he entendido, no he sido capaz de imaginarlo, ¿podrías darme mas detalles?
Saludos.

Bueno, aquí hay alguna.
http://www.insatecsl.com/celulas.htm
y otra mas, por ejemplo.
http://www.sensocar.com/web.asp?mod=cataleg&idProducte={F646C64F-0EBC-423E-AF55-E977E097F90B}

Mi idea es deshacerme del tubo absorbedor que fabrica Schott para las cilindro-parabolicas porque es CARISIMO !!! y resulta mucho mejor rediseñar un colector tipo campana..

Necesito un tiempo para dibujar croquis y acotar las dimensiones..
Adelanto que el colector estara a unos 8-10 metros del suelo y que el ancho del sistema de espejos será de unos 15-20 metros.

El largo dependerá del resultado de la simulación, con el objetivo de que se obtenga vapor (a ser posible sobrecalentado) a una temp decente de 350ºC.. Pero eso no me preocupa proque la idea es hacer modulos de unos 25-30m (o lo que permita la estructura portante superior) de largo que sean puestos en serie longitudinalmente.

Yo pienso que la madre del cordero es diseñar la campana colector, y la estructura portante, ya que hemos visto que el sistema barra a compresión y tirantes pretensados con tensores de tornillo y sistema laser de comprobación de posicionamiento no puede funcionar mejor

Es cosa de ponerme a hacer un esquema de la campana colectora y su estructura soporte para ver como de grande puede ser la luz sin que aparezca una flexión excesiva que situe fuera de lugar la campana colectora.

(lo que llamo campana colectora es en realidad un un semicilindro muy largo en una dirección, con el tubo (de cobre pintado en negro o algun material que pese menos si es posible) y un vidrio termico en el tragaluz (para limitar perdidas radiantes)

Por ultimo, lo de la galga es una solucion barata, aunque es mucho mas preciso y viable colocar un puntero laser abajo y un reflector en la campana, de manera que se genere una señal de error en el modulo que el haz laser no sea devuelto por el reflector (la campana se ha movido de su posicion óptima). Los sistemas laser son relativamente baratos, ya que son similares a los que se usan en la puerta de la cochera y llegan a distancias de hasta 16m (suelen costar sobre 100€ que para el proyecto es una birria dada la precisión y fiabilidad que tiene).

Buenas noches,
Llevo tiempo estudiando la tecnología fresnel, y me pregunto si sigues con el proyecto.
Estoy de acuerdo en utilizar cables para aportar la rigidez necesaria al sistema.

Hola,

Si que estoy interesado, pero con un par de salvedades:

1º, Los colectores se usarán para ahorrar combustible de un ciclo primario energético, luego la rentabilidad vendra dada por la cantidad de combustible ahorrado en ausencia de subvenciones adicionales.

2º, No usaremos agua como fluido frigorifico, basicamente porque conlleva una gran complejidad tecnica, en cuanto a evaporar y sobrecalentar, aparte del más que reducido rendimiento de los pequeños grupos de vapor de menos de 5MW, y la limitacion de potencia por aumento excesivo de costes.... por tanto usaremos un ciclo brayton de aire + ORC que simplifica el grupo termico y el rendimiento es mas que considerable:

Problema: La temperatura, pues tenemos que llegar almenos a 900ºC para que funcione, por tanto un colector fresnel distribuido con materiales tipo INCONEL sale bastante caro, por tanto ahora estamos trabajando en los receptores torre centrales que pueden limitar costes para nuestra aplicación.

No penseis nadie en montar un grupo a vapor de menos de 1MW porque no salen los numeros, y a partir de 5MW, la inversion es tal que no vais a poder suministrar equipos a grandes empresas, porque ellos mismos ya los producen (los producian cuando habia subvenciones).... Si quereis trabajar a menos de 500KW, o vais a gasificación, o vais a ciclo brayton aprovechando algun turbocompresor o algo asi... y entonces es donde usais el colector solar para dar parte de la energia al aire para ponerlo a 900ºC..

¿¿Alguna idea??

Un saludo.

Buenos días SAAE,
Me alegra que sigas adelante
Entiendo que para llegar a esta temperatura la geometría fresnel no te sirve...
Una alternativa sería conformarte con llegar a los 500ºC y luego subir con biomasa o gas.
Has mirado las turbinas de ORC? son equipos de serie que pueden ser interesantes para potencias pequeñas. Sabes si hay alguien que fabrique turbinas en serie económicas?
Otra alternativa que están desarrollando es utilizar fresnel, pero para fotovoltaica de concentración, con celulas multi-junction que dicen que alcanzan un 40% de rendimiento. Tienes información sobre si es economicamente viable? El 60% restante lo puedes aprovechar para parcialmente calentar un fluido.

Hola,

Efectivamente, fresnel tan solo nos permite ir a 500 grados como maximo, el problema es que el ciclo brayton con regeneración mete en la caldera 500ºC y sale a 900ºC, es decir, el calentamiento se produce desde 500ºC hasta 900ºC, con lo que fresnel no sirve ni para precalentar... Por ello nos estamos centrando en alta concentración tipo torre, que permite ir a mas temperatura de forma mas eficiente y barata, ya que un concentrador solar distribuido tiene muchas mas perdidas que concentración central, a partir de 400ºC.. aparte de los requerimietos mas exigentes de materiales a emplear.

Si, www.infinityturbine.com fabrica turbinas ORC pequeñas y medianas.. ademas te permite autofabricarte los elementos restantes (evaporador y condensador)... esta totalmente abierto el diseño.

Lo de las placas solares fotovoltaicas + fresnel es una gran idea

Usar fresnel para montar en el foco placas fotovoltaicas refrigeradas, y montar un ORC para recuperar energia de esa agua caliente... buena pinta, si señor!!
¿Podrian usarse placas solares normales, adaptadas para refrigeración?

Siento el retraso.
La verdad es que estoy buscando información acerca de las placas a usar, puesto que no sé que concentración pueden soportar unas placas normales (silicio). Dado que la concentración es relativamente baja, no creo que valga la pena las de germanio (alta concentración y muy caras). Respecto a la refrigeración, creo que montando las placas sobre un conducto que absorba el calor restante, debería valer.
Has encontrado información sobre el cristal con propiedades reflectoras por un lado, me podría ser de gran ayuda para el receptor.

Entiendo que llenar de espejos el terreno es mas barato que llenarlo de colectores, pero no se hasta donde se mantiene la premisa, entre más superficie apunte a un solo colector más complejo y robusto deberá ser este, mantener el enfoque de los espejos móviles sobre un foco inmóvil también me parece más complejo que un colector moviéndose junto con su espejo, yo imaginé unas cajas móviles con espejos en parábola de foco lineal, 240 cm de lado por 120 de alto y el largo al gusto, el foco sería un tubo de aluminio negro de 2" lleno de aceite térmico estanco con intercambiador de calor dentro, queda a 10 cm del vidrio superior y las conexiones son sencillas, lo único complejo sería manejar el flujo del aceite del intercambiador, ¿qué opinan de un sistema así?

¿Qué caloportador utilizas con temperaturas como esas, sales? ¿no es muy complejo un sistema así? ¿qué tan altos son los riesgos? me interesan sistemas de 5 a 10kw, ¿crees que haya alguna esperanza de lograrlo con aceite caliente alimentando una microturbina de vapor a ciclo cerrado?

Dos cosas. Si usas aluminio como tubo receptor no podras subir de 150ºC, basicamente por el CREEP o la deformación termica prolongada debido al propio peso del tubo. Ten en cuenta que el aluminio funde a 660ºC y el creep empieza a aparecer a 1/4 de esa temperatura.

En segundo lugar, la termosolar si es para generar energia, no es rentable ni para gran potencia, ni para pequeña potencia por mucho que nos esforcemos. Ya he perdido muchisimo tiempo en esto, haciendo numeros de todas las maneras posibles, y si nos quitan la subvencion es imposible que esto se mantenga.

La unica salida que le queda a la termosolar es colocar equpos en plantas industriales ya existentes que demanden vapor (como maximo saturado, que es facil de obtener) y dispongan de terreno cercano y soleado para colocarlos. Una central termica de carbón puede ser un claro ejemplo de ello, usando equipos fresnel, por ejemplo. Los ciclos combinados, para excitar la turbina haria falta sacar aire del compresor, meterlo en un intercambiador solar de alta temperatura (fuerza a colector torre central y heliostatos) y reintroducir en la camara de combustión, haciendo falta menos combustible para producir la misma potencia. Puede funcionar tambien... teniendo en cuenta el precio del gas...

El problema se reduce no a producir energia electrica con estas plantas, sino a ahorrar combustible de las instalaciones industriales, y el proyecto se justifica ahora por un ahorro sostenido de dicho combustible durante el tiempo de amortización de los equipos termosolares adquiridos.

¿Los veis así tambien?

Si, de hecho por ahí escucho que van los tiros, pero también me parece que una solución para la micro generación casera podría ser llenar azoteas de espejos en lugar de llenarlas de paneles fotovoltáicos, que por mucho que logren bajar de precio siempre serán más caros que un simple espejo enmarcado en aluminio, ahora bien, un sistema de microgenerador a vapor lo podrían hacer los chinos por 100 euros, aunque no funcionen ni el año de rigor, el problema es hacer una micro turbina viable con un sistema de vapor en ciclo cerrado, resolviendo eso el tema del rendimiento es lo de menos, una casa pequeña tiene al menos 60m2 de superficie construida, son 72KW/h por estas latitudes, con un rendimiento del 5% son 3.6KW/h por 5 horas, 18KW/h, el equivalente a $10,000 euros de placas, ¿que tanto se podría hacer en termoeléctrica con una cifra similar? ¿que tal múltiples colectores baratos con su propio seguidor trabajando en paralelo? ¿qué temperatura mínima se requiere en el caloportador para alimentar una caldera que produzca vapor sobrecalentado? ¿con qué materiales se puede lograr?

Totalmente cierto, y ahora te planteo un reto.

Que te parece diseñar unos paneles solares super low-cost, tipo tuberia de polietileno enrollada, con un cristal montado con silicona encima. Llenar el tejado de estos tubos, y meter este agua en el sistema de calefacción, sistema de agua caliente sanitaria, y en un equipo ORC, que funciona como un aire acondicionado, solo que al reves, es decir, es como un ciclo rankine solo que trabaja con R134A, que evapora a menos temperatura y puede trabajar a menos de 90ºC.... (eso si, no le pidas rendimiento). Pero efectivamente, tienes una instalación termica de baja temperatura, que puede generar energia electrica en momentos donde el agua alcanza alta temperatura (>60ºC) gracias a un ORC casero, que es un aire acondicionado trucado que funciona al revés y que en lugar de tener una valvula reductora tiene una bomba, y en lugar de tener intercambiadores aire aire, son agua agua.

La microturbina puede ser, por ejemplo, un compresor trucado funcionando al revés, o algo asi. Seguro que hay compresores que pueden ser reversibles y expandir.

Tengo dos sistemas de colectores super económicos, uno fijo sin concentración, que alcanza los precios de la tubería de polietileno enrollada pero no requiere tanta mano de obra, el otro es con seguidor a un eje, 3 soles, basado en una lámina zintro standard con vinil adhesivo metálico en lugar de espejos, la lámina va montada sobre perfiles de aluminio que guardan los intercambiadores de calor, lo malo es que no tengo idea de cómo funcionan los ORC, dejame googlearle un rato.

Los equipos de energia termica los comercializas¿¿?? o son solo prototipos DIY?? Lo del ORC es una idea genial, es cosa de investigarlo porque igual funciona. Yo hasta ahora solo habia escuchado como economico el famoso SUN_COIL, que es basicamente tubo de polietileno negro enrollado, y en algunos casos con un panel de metacrilato encima para evitar que la radiación de larga longitud de onda escape de los tubos y tambien para aislar. He visto estos sistemas, son baratos y funcionan genial. No se muy bien como son los tuyos y si superan a los sun_coil. Me encantaria que me dieras mas detalles si puedes. Llevo tiempo investigando esto y puede ser interesante desarrollarlo industrialmente. Como digo, me dedico al autoconsumo industrial y soluciones como las que mucha gente me presenta pueden venir bien, siempre hay algo nuevo que se puede aprovechar y dar salida.

Si me pongo incluso podria fabricar y diseñar un equipo ORC. Se quien me puede ayudar para montar un equipo ORC para autoconsumo industrial o comercial (potencias superiores a 10KW). Pero hasta ahora he usado el Sun_coil para abastecer de energia termica, si lo tuyo lo consideras mejor en cuanto a relación coste-rendimiento, por favor dame mas detalles porque me interesa. La idea es montarlo en cubiertas industriales y tejados de edificios comerciales u oficinas.

El fijo estoy por empezar a comercializarlo en forma de calentador solar de agua con depósito de 200 lts. a un costo al menudeo de $ 3,500 pesos (250 dlls), es una adaptación del sistema de sociedade do sol de Brasil (SOCIEDADE DO SOL), el concentrador lo pienso dejar para una segunda etapa y está apenas en concepto, me hace falta empaparme más en características de los materiales, pero no es ningún secreto, es solo una lámina para techo con perfil como este: \_/\_/\_/\_/\_/ las diagonales van recubiertas de vinil adhesivo reflejante, los valles van montados sobre perfil rectangular de aluminio lleno de aceite térmico con el intercambiador dentro, por abajo y por los lados se cierra con una plancha de aislante térmico y por arriba con una lámina de policarbonato, el caloportador puede elegirse según la temperatura a que opere. Lo que baja el costo es la elección de los materiales, todos ellos con disponibilidad garantizada, (por fortuna el biodiésel MacDonalds nos dejó muy claro el concepto).