Sistemele de panouri fotovoltaice reprezintă astăzi principala formă de energie regenerabilă la nivel global. Potrivit datelor centralizate de Agenția Internațională a Energiei (IEA), la sfârșitul anului trecut puterea totală a sistemelor de panouri fotovoltaice a ajuns la aproximativ 2.800 GW. 

Din această putere totală, 600 GW au fost instalați pe parcursul anului trecut, dintre care 368 GW au fost instalați pe teritoriul Chinei, țară care investește de departe cel mai mult în această tehnologie. În același timp, 30 de țări au instalat cel puțin 1 GW de energie regenerabilă în 2025, dublu comparativ cu 2020. 

Unul dintre dezavantajele sistemelor de panouri fotovoltaice este că acestea generează energie electrică doar pe timpul zilei, iar în unele cazuri cantitatea de energie electrică generată este prea mare pentru a fi absorbită integral de sistemul energetic național în timp real, ca urmare a producției de energie din alte surse convenționale și a consumului total din momentul respectiv. 

Soluția la această problemă a fost reprezentată de instalarea în apropierea parcurilor fotovoltaice a unor sisteme de baterii Li-Ion care să stocheze  energia electrică suplimentară timp de câteva ore și să o livreze în sistemul energetic național pe timpul nopții. 

Chiar dacă prețurile bateriilor Li-Ion sunt în scădere accelerată, această soluție nu este eficientă pentru toate sistemele de panouri fotovoltaice, în special dacă timpul de stocare a energiei electrice este prea lung. În plus, ca urmare a ciclurilor frecvente de încărcare-descărcare, durata de viață a bateriilor se reduce gradual în timp. 

Cum funționează o centrală termosolară cu oglinzi

În locul panourilor fotovoltaice și a bateriilor Li-Ion pentru stocare, unele națiuni au început să dezvolte mai agresiv în ultimii ani o serie de sisteme alternative bazate pe un principiu diferit de utilizare: centrale termosolare cu oglinzi. Sau, așa cum sunt cunoscute în limbaj de specialitate: Concentrated Solar Power (CSP). 

Un astfel de sistem este alcătuit dintr-o rețea de oglinzi cunoscute științific sub numele de heliostate, întrucât sunt oglinzi echipate cu dispozitive mecanice care se rotesc automat pentru a urmări mișcarea Soarelui. Oglinzile sunt dispuse pe o suprafață de teren în jurul unui turn central, iar acestea reflectă și direcționează în mod continuu lumina solară către un receptor situat în vârful turnului. 

La baza turnului există un rezervor de sare topită cu o temperatură de aproximativ 300 de grade. Această sare în stare lichidă este pompată de la baza turnului spre partea superioară, la receptorul care captează energia solară de la oglinzi. Energia solară concentrată încălzește sarea topită până la o temperatură de aproximativ 550 de grade Celsius, iar aceasta este transferată ulterior la baza turnului într-un rezervor izolat termic. 

Ulterior, sarea fierbinte este extrasă din rezervor și este transferată în apă, astfel că se transformă instantaneu în abur cu presiune și temperatură ridicate. Aburul astfel rezultat este direcționat către o turbină cuplată la un generator care produce energie electrică. 

După ce cedează căldura, sarea topită revine la temperatura de aproximativ 300 de grade Celsius și este transferată înapoi în rezervor pentru a relua întregul ciclu de producție. 

Sarea topită este principalul factor de succes al acestei tehnologii, iar explicația este simplă: depozitată ermetic, sarea este capabilă să-și păstreze temperaturile înalte la o presiune atmosferică normală, întrucât pierde doar aproximativ un grad Celsius pe zi. În plus, sarea topită este ideală și din punct de vedere al siguranței: nu este toxică și, întrucât este depozitată la o presiune atmosferică obișnuită, nu există risc de explozie. 

Avantajele și dezavantajele centralelor termosolare

Comparativ cu sistemele clasice de panouri fotovoltaice și baterii de stocare, centralele termosolare cu oglinzi asigură o stabilitate mai bună a rețelei naționale de energie electrică, întrucât cantitatea de energie electrică livrată în rețea este gestionată mai ușor prin intermediul turbinelor. 

De asemenea, din punct de vedere al costurilor, sarea topită este mai eficientă pe termen lung comparativ cu stocarea energiei electrice în baterii, mai ales că are un grad de uzură neglijabil: potrivit studiilor, sarea topită poate fi încălzită și răcită zilnic timp de aproximativ 30 de ani fără să-și piardă abilitatea de a reține căldura pe termen lung. 

Cu toate acestea, centralele termosolare cu oglinzi reprezintă soluția potrivită doar în anumite scenarii de lucru și sunt pretabile pentru construcție doar în unele zone specifice. 

Spre deosebire de panourile fotovoltaice, care oferă un randament inclusiv atunci când cerul este acoperit de nori, oglinzile nu reflectă lumina difuză, astfel că producția de energie termică are loc doar pe cer senin. Cu alte cuvinte, astfel de centrale sunt optime în special în zone deșertice vaste precum cele din Orientul Mijlociu, China, Statele Unite sau unele țări europene. 

De asemenea, costurile inițiale de construcție sunt semnificativ mai mari decât în cazul unui sistem de panouri fotovoltaice, ca urmare a numeroaselor componente mobile ale oglinzilor pentru deplasarea în funcție de Soare, a pompelor de înaltă presiune, a conductelor cu săruri topite care trebuie să reziste la temperaturi de peste 500 de grade Celsius și a complixității turbinelor. 

Nu în ultimul rând, o astfel de centrală folosește cantități mari de apă în procesul de producție, în condițiile în care apa este o resursă limitată în zonele deșertice.

Scurt istoric al centralelor termosolare

Pentru a ajunge însă în acest stadiu de dezvoltare a fost nevoie de câteva decenii de cercetări. Primul concept de acest gen a fost dezvoltat de un matematician și fizician italian implicat inițial în industria auto. În 1955, Giovanni Francia a inventat un sistem de stabilizare a vehiculelor în timpul frânării, care funcționa prin distribuirea forțelor de frânare pe fiecare roată în parte. Inovația este considerată astăzi un precursor mecanic pentru sistemul ABS, care în prezent este obligatoriu pe toate mașinile noi. 

În anii ‘60, Giovanni Francia a început să-și dedice activitatea profesională soluțiilor de energie electrică regenerabilă. În 1968 a conceput primul sistem din lume care capta energia solară prin intermediul unor oglinzi acționate mecanic și o direcționa spre un turn. Puterea sistemului era de numai 1 MW, iar acesta a fost practic un experiment desfășurat în localitatea italiană Sant’Ilario. 

Pe parcursul timpului, tehnologia s-a maturizat: în 1982 a apărut proiectul Solar One în deșertul Mojave din California, care avea o putere de 10 MW, dar care nu dispunea și de o metodă eficientă de a stoca peste noapte energia electrică. 

Conceptul tehnic al acestui proiect a fost preluat în 1995 de Departamentul de Energie al Statelor Unite, care l-a regândit și a introdus pentru prima oară în joc utilizarea sărurilor topite. Acesta a reprezentat practic punctul de referință al tehnologiei, întrucât utilizarea unor săruri topite a permis conceperea unor proiecte moderne. 

Totuși, primul proiect de centrală termosolară conectată direct la un sistem energetic național a apărut abia în 2007 în apropiere de localitatea spaniolă Sevilla. Aici a fost construit proiectul Planta Solar 10 (PS10) cu o putere de 11 MW, iar conexiunea reușită la rețea a declanșat ulterior un val de proiecte similare cu puteri tot mai mari atât în Europa, cât și în Orientul Mijlociu și China. 

Cele mai mari centrale termosolare cu oglinzi

În prezent, cel mai ambițios proiect de centrală termosolară cu oglinzi face parte din parcul fotovoltaic Mohammed bin Rashid Al Maktoum din Emiratele Arabe Unite, situat la 50 de kilometri de Dubai. Operațional începând din 2013, acest proiect este în plină expansiune cu scopul de a ajunge la o putere instalată de 8.000 MW în 2030. 

Cea de-a patra fază a proiectului a inclus și construirea unei centrale termosolare cu o putere de 700 MW, care include și un turn cu o înălțime de 263 de metri. De altfel, această parte a proiectului a stabilit nu mai puțin de patru recorduri mondiale: centrala termosolară cu cea mai mare putere instalată, cel mai înalt turn pentru recepționarea energiei termice, cea mai mare capacitate de stocare (5.907 MWh) și cea mai lungă operare a centralei fără nicio întrerupere (39 de zile). Sistemul este proiectat pentru ca sarea topită să poată fi menținută la temperaturi înalte până la 15 ore înainte de a fi utilizată pentru a produce energie electrică. 

Al doilea cel mai mare proiect din lume este centrală solară Ouarzazate din Maroc. Aceasta a fost construită în mai multe etape între 2015-2018, include peste 2 milioane de oglinzi și are o putere instalată de 510 MW. 

În ciuda faptului că vorbim despre un proiect de energie regenerabilă, Ouarzazate se remarcă și prin utilizarea unui sistem de alimentare cu motorină. Acesta nu este folosit când Soarele este acoperit cu nori sau pe timp de noapte, ci doar pentru anumite procese specifice, cum ar fi pentru pornirea la un nivel minim a turbinei și pentru păstrarea unei temperaturi minime a sării topite atunci când nu există radiație solară. 

Podiumul celor mai importante proiecte de acest gen din lume este completat de centrala termosolară Ivanpah situat în Deșertul Mojave din California. Cu o putere instalată de 392 MW, proiectul utilizează peste 173.000 de heliostate, fiecare cu câte două oglinzi, iar cele trei turnuri utilizate pentru recepționarea energiei termice au fiecare o înălțime de 140 de metri. 

Proiectul a fost finalizat în 2014 și a necesitat o investiție de 2,2 miliarde de dolari, dintre care 168 de milioane de dolari au provenit de la Google. Planificat inițial pentru a avea 440 MW, proiectul a fost micșorat cu scopul de a limita efectele asupra broaștelor țestoase care trăiesc în regiune. Chiar și așa, la finalizarea din 2014, Ivanpah devenise cea mai mare centrală termosolară de la vremea respectivă. 

Niciun alt proiect de centrală termosolară nu depășește pragul de 300 MW, iar din punct de vedere numeric, cele mai multe proiecte au fost construite în Statele Unite și Spania. China este de asemenea implicată în acest domeniu, însă preferă să dezvolte proiecte de aproximativ 100 MW cuplate la parcuri fotovoltaice clasice de mari dimensiuni. 

Proiectul hibrid Hami din China

Chiar dacă la acest capitol nu impresionează prin proiecte, China a reușit în luna iulie să se remarce prin dezvoltarea unui proiect hibrid care nu folosește baterii de stocare Li-Ion: proiectul Hami din Deșertul Gobi. 

Acest proiect utilizează o centrală termosolară cu o putere de 100 MW și un sistem de panouri fotovoltaice de 900 MW, iar caracterul hibrid este dat de faptul că panourile fotovoltaice transmit energia electrică direct în rețea pe timp de zi, în timp ce centrala termosolară funcționează exclusiv pe timp de noapte. 

În total, centrala termosolară are 260.000 de oglinzi care acoperă o suprafață de aproximativ 800.000 de metri pătrați. 

Gândite ca o alternativă la sistemele de panouri fotovoltaice cu baterii de stocare, centralele termosolare cu oglinzi sunt percepute mai degrabă ca experimente pentru producția de energie electrică. 

Cu costuri de dezvoltare mai mari și puteri instalate semnificativ mai mici decât în cazul sistemelor de panouri fotovoltaice, acestea reprezintă în prezent o opțiune reală doar în anumite condiții climatice, iar pentru amortizarea costurilor sunt realizate de regulă lângă sistemele clasice de panouri fotovoltaice. 

Pe termen lung, mai ales în contextul prețurilor în scădere al bateriilor de stocare Li-Ion, este puțin probabil ca această tehnologie să câștige cu adevărat teren în detrimentul panourilor fotovoltaice, astfel că, cel mai probabil, va rămâne una de nișă.

Foto deschidere: Dreamstime.