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Una instalación de energía solar, basada en motores térmicos de tipo Stirling, bate una marca mundial en su tipo al introducir energía eléctrica en la red con un rendimiento neto del 31,25%.

Los espejos parabólicos utilizados con sus motores Stirling instalados (Ampliar). Foto: SNL, Randy Montoya.

La instalación de Stirling Energy Systems y Sandia National Laboratories está en nuevo México y ha conseguido batir la marca de rendimiento de 1984 (que era del 29,4%) gracias a las condiciones especialmente buenas de un brillante día de invierno. La National Solar Thermal Test Facility consiste en una sistema de espejos parabólicos que concentran la luz del sol sobre un foco en donde hay instalado un motor Stirling. Los motores Stirling son máquinas térmicas del estilo de las máquinas de vapor o los motores de explosión interna. En su interior hay un gas (generalmente hidrógeno), que gracias al calor suministrado desde el exterior, se calienta y expande moviendo un pistón. El movimiento del pistón se puede aprovechar mecánicamente para mover un generador que produzca electricidad. El sistema es de circuito cerrado y no se pierde gas en el proceso (teóricamente). Para poder aprovechar al máximo este tipo de sistema hace falta un sistema de guiado que mantenga los espejos parabólicos apuntando al sol.
La marca de un factor de conversión del 31.25% se ha calculado dividiendo la energía solar incidente sobre la superficie de los espejos por la energía suministrada por el sistema a la red y a la que previamente se le restó la energía utilizada en el sistema de guiado, bombas de agua, etc. Por tanto la conversión calculada es la neta puesta en la red eléctrica.
Sin embargo, hay que señalar que esta conversión constituyó un pico de conversión por encima de lo que es normal, y que se alcanzó por las condiciones particularmente buenas de un día en el que la atmósfera permitía un cielo 8% más brillante de lo habitual.
No obstante los encargados del proyecto se muestran optimistas por este logro, ya que creen que constituye un paso más en la comercialización de este tipo de sistemas.
La serie 3 de este sistema se instaló en 2005 como prototipo de un modelo de planta energética de 6 espejos parabólicos que producen 150 kilovatios de potencia durante el día. Cada espejo parabólico consiste en 82 segmentos que enfocan la luz a un receptor que transmite el calor a un motor Stirling.
Los ingenieros que trabajan en el proyecto han introducido varias modificaciones técnicas que han permitido batir esta marca mundial. Al parecer una de ellas consiste en la mejora del sistema óptico. Los segmentos de los espejos están hechos de vidrio con bajo contenido en hierro recubierto de plata por detrás que hace que reflejen muy bien la luz del sol. Consiguen enfocar un 94% de la luz solar sobre el foco, cuando antes sólo conseguían un 91%.
Otra mejora consiste en el uso de un radiador mejor para el motor de Stirling. El hidrógeno se debe de enfriar para poder calentarse y expandirse de nuevo, cosa que se logra gracias a un radiador.
La última mejora más importante es el uso de un generador de alta eficiencia.
Recordando un poco de termodinámica, para poder extraer trabajo de un sistema térmico debe de haber dos focos a distinta temperatura. De este modo el calor pasa del foco caliente al frío, y, si somos habilidosos, obtenemos en el proceso energía libre susceptible de producir trabajo. Los motores de nuestros automóviles o una máquina de vapor funcionan mediante este principio. El rendimiento, o porcentaje de conversión energética, depende de la diferencia de temperatura, a mayor diferencia de temperatura mayor rendimiento. El máximo teórico posible (y por tanto inalcanzable en la práctica) viene dado por la máquina de Carnot, que es un modelo conceptual. El rendimiento de cualquier otra máquina térmica estará por debajo del rendimiento de la maquina de Carnot, incluyendo los motores de explosión interna de ciclo Otto (nuestros motores de gasolina) o ciclo Diesel. Los motores Sterling de los que estamos hablando funcionan bajo el mismo principio.
Esta nueva marca de conversión es más fácil de conseguir en invierno que en verano. El foco frío del motor a 23 grados centígrados vino dado por la temperatura atmosférica exterior, que en este caso era muy fría y cerca del punto de congelación al ser invierno. El foco caliente se consiguió gracias a un día excepcionalmente brillante y al sistema se concentración.
La prueba se realizó durante dos horas y media después de una hora de entrar en funcionamiento y se calculó el promedio de energía obtenida en ese tiempo.
Ya están trabajando en la comercialización de este sistema. Southern California Edison y San Diego Gas & Electric planean la construcción de una planta de 1.750 megavatios que constará de 70.000 espejos parabólicos de este tipo.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa de Sandia National Laboratories.
Calculadora de rendimiento en máquina de Carnot (en Kelvins).