OSLO
El proyecto OSLO, con referencia PID2021-127807OB-I00, ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, en la Convocatoria Generación del Conocimiento 2021, en el marco del Programa Estatal para Impulsar la Investigación Científico-Técnica y su Transferencia, del Plan Estatal de Investigación Científica, Técnica y de Innovación 2021-2023.
Los sistemas de concentración solar térmica (CSP) utilizan configuraciones de espejos o lentes para aumentar la eficiencia a altas temperaturas al reducir las pérdidas de calor, que están directamente relacionadas con el área del receptor. Hay tres tipos principales de sistemas CSP: sistemas de concentración lineal o colectores cilindro-parabólicos, torres central y sistemas de disco solar. Los sistemas de disco y torre central alcanzan concentraciones más altas y, por lo tanto, temperaturas más elevadas (500-1000ºC), pero son más complejos y caros. Los sistemas de concentración lineal logran concentraciones y temperaturas más bajas (150-350ºC) debido a diseños no optimizados, costes reducidos e ineficiencias de materiales. Sin embargo, incluso optimizando todos estos factores, aumentar la temperatura del receptor para aplicaciones de alta temperatura sigue siendo un desafío para los diseños de colectores cilindroparabólicos.
Los últimos desarrollos de la óptica no formadora de imágenes han demostrado que el límite de concentración podría superarse utilizando concentradores lineales donde se rompe la simetría de traslación, pero manteniendo la forma de tubo del receptor.
El proyecto OSLO propone el uso de sistemas ópticos basados en la técnica de étendue-squeezing que mejoran el rendimiento de los concentradores cilindro-parabólicos. Este avance tecnológico servirá para desarrollar un dispositivo que demostrará experimentalmente una relación de concentración por encima del límite teórico, pero manteniendo la forma de tubo del receptor, y por tanto, aumentará las aplicaciones de los concentradores cilindro-parabólicos.
Para lograr el objetivo general de este proyecto, se proponen los siguientes objetivos específicos:
- Diseño de los dos concentradores. El propósito de este primer objetivo es el diseño y simulación de dos sistemas de concentración diferentes. Se definirán parámetros y propiedades del software, para luego diseñar un concentrador de referencia y un concentrador con étendue-squeezing.
- Análisis y selección de los componentes del sistema. Se evaluarán y seleccionarán los materiales y dimensiones más eficientes para el diseño de los concentradores. Se realizará la evaluación del proceso de fabricación para obtener toda la información necesaria para la óptima selección de los componentes.
- Desarrollo y validación experimental del prototipo. Este objetivo consiste en la fabricación de los diferentes componentes del sistema de concentración, su montaje y la evaluación de su rendimiento. Ambos concentradores serán comparados en condiciones reales de trabajo y bajo diferentes características de iluminación para asegurar la mejora de los límites de concentración.
- Diagnóstico de aplicaciones adecuadas para concentración óptica. Se elaborará un estudio de mercado donde se identificarán las aplicaciones más adecuadas para el diseño de concentración. Se considerará el estado del arte de las aplicaciones y líneas de investigación actuales, y se realizará un análisis de la eficiencia del concentrador frente a la diferencia de temperatura.
Aumentar el factor de concentración de los colectores cilindro-parabólicos por encima del límite teórico, permitirá utilizarlos para aplicaciones actualmente restringidas a sistemas de torre central y disco, incluyendo procesos de alta temperatura (química, alimentación y materiales) y sistemas híbridos de concentración solar térmica y fotovoltaica.
Impacto científico técnico o internacional esperable:
El proyecto propone importantes aportaciones científico-técnicas en el desarrollo de metodologías para:
- Diseño y validación experimental de una estructura óptica que incrementa el límite de concentración. El método étendue-squeezing solo se ha desarrollado teóricamente y probado computacionalmente. Este proyecto es pionero en su demostración física.
- Producción de un prototipo optimizado. Permitirá que otros científicos y/o empresas adquieran un producto que funcione correctamente y sea adecuado para su sistema.
- Generación de un análisis comparativo de aplicaciones de energía solar térmica en función de la temperatura. Este análisis puede ayudar a otros investigadores a identificar fácilmente la aplicación más adecuada para su dispositivo, sin tener que realizar un estudio previo. Aunque el ámbito es España, la metodología podría extrapolarse para otras regiones.
- Promoción de la energía solar térmica. Demostrar la utilidad de esta tecnología en aplicaciones industriales fomentará la creación de más empresas del sector, aumentando posteriormente la competitividad y la eficiencia.
Los resultados del proyecto OSLO están relacionados principalmente con la Acción 5 (Clima, Energía y Movilidad) del PLAN ESTATAL DE INVESTIGACIÓN E INNOVACIÓN CIENTÍFICA Y TÉCNICA para el período 2021-2023. Gracias al aumento de la concentración óptica, se puede obtener energía de una fuente distinta a los combustibles fósiles, ayudando a descarbonizar el medio ambiente. También promueve la transición energética, favoreciendo el desarrollo de la energía solar térmica, que tiene un futuro prometedor en España por su elevado recurso solar. Finalmente, al ser aplicable en multitud de procesos de calefacción industrial y nuevas ramas de investigación de alta tecnología, apoya el desarrollo de ciudades sostenibles, eficientes, limpias y seguras. Además, está relacionado con la Acción 4 (Mundo Digital, industria, espacio y defensa), para mejorar la eficiencia de las aplicaciones industriales.
Los resultados del proyecto tendrán un impacto directo en la sociedad, contribuyendo a los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de Naciones Unidas (7 y 13), disminuyendo los costes con energías más limpias y reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero.
Otro punto clave es la creación de empleo. La energía solar térmica genera empleo local y lucha contra la España vacía, mientras que su aplicación en procesos industriales podría generar un impacto similar, creando trabajo en diferentes campos: diseños ópticos, fabricación de prototipos, montaje en industrias o mantenimiento de dispositivos.
Finalmente, los resultados del proyecto ayudarán a impulsar la competitividad española en diferentes áreas de la tecnología y el conocimiento dentro del diseño óptico. La energía solar térmica es solo una de las muchas aplicaciones posibles para la óptica propuesta.
La energía solar fotovoltaica, la fotoactivación o la refrigeración radiativa son otros sectores con gran futuro en España, gracias a sus condiciones climáticas. Por tanto, al estar en una posición privilegiada, se pueden desarrollar y desplegar soluciones innovadoras en España y luego trasladarlas al exterior.
En cuanto a CEDINT-UPM, los resultados del proyecto OSLO permitirán al equipo investigador ganar una posición estratégica con ventajas competitivas y tener un impacto en el acceso a la financiación del programa HORIZON EUROPE.
