LABORATORIO DE SISTEMAS SOLARES DE CONCENTRACIÓN

Análisis de durabilidad y caracterización óptica de reflectores solares

Esta línea de actuación del laboratorio de la Unidad de Sistemas Solares de Concentración de la PSA es el resultado de una iniciativa de colaboración entre CIEMAT y DLR.  Está equipado con los instrumentos necesarios para caracterizar completamente los materiales utilizados como reflectores en sistemas solares de concentración. Esta línea está dedicada a evaluar los parámetros ópticos característicos de los reflectores solares y su posible deterioro. El equipo asociado a esta actividad permite medidas cuantitativas y cualitativas de la reflectancia de los espejos solares (ver la Figura 4, izquierda):

  • Tres reflectómetros especulares portátiles, Devices and Services Modelo 15R-USB, para medir reflectancia especular a 660 nm y a distintos ángulos de apertura (3.5, 7.5, 12.5 and 23 mrad).
  • Un reflectómetro especular portátil, Devices and Services modelo MWR, para medir reflectancia especular a 460, 550, 650 y 720 nm y a distintos ángulos de apertura (2.3, 3.5, 7.5, 12.5 and 23 mrad).
  • Reflectómetro prototipo para medir reflectancia especular sobre una superficie circular de 5cm de diámetro con resolución espacial de 10 pixel/mm, que mide en varias longitudes de onda y ángulos de apertura (modelo SR2, diseñado y patentado por DLR).
  • Espetrofótometro Perkin Elmer Lambda 1050, con esfera integradora de 150-mm y accesorio de reflectancia especular con ángulo de incidencia de 0 a 68º (URA).
  • Cámara Nikon D3 y kit Cubalite 90 cm para fotos de superficies especulares sin reflexiones parásitos.
  • Microscopio Zeiss Axio modelo CSM 700 (con 5, 10, 20, 50 y 100 aumentos) para la obtención de perfiles y rugosidades en superficies altamente reflectantes.
  •  Microscopio electrónico de barrido Hitachi S3400 (SEM) con análisis EDX.
  • Sistema de impedancia Parstat 4000 para analizar la corrosión de los materiales  reflectantes.
  • Banco óptico de uso general como accesorio del espectrofotometro Perkin Elmer Lambda 1050, de características avanzadas para el montaje de diferentes equipos ópticos para el desarrollo de nuevos instrumentos de medida.

Al completo, el equipo asociado a esta línea de actuación está diseñado para ensayos de envejecimiento acelerado de reflectores solares con objeto de predecir en poco tiempo el comportamiento de estos materiales durante toda su vida útil. Para hacer esto, se aplican de manera controlada las variables medioambientales que producen la degradación de los reflectores solares cuando están expuestos a la intemperie, tanto por separado como combinadas. El siguiente equipo de simulación está disponible para estos ensayos de envejecimiento acelerado:

  • Cámara climática ATLAS SC340MH para temperatura (de -40 a+120°C), humedad (de 10 a 90%), radiación solar (de 280 a 3000 nm) y precipitaciones de 340L.
  • Cámara de spray salino Vötsch VSC450 con  temperaturas de 10 a 50°C (450L).
  • Cámara de spray salino Erichsen 608/1000L con temperaturas de  10 a 50°C.
  • Dos cámaras  de radiación ATLAS UV-Test, donde se puede usar luz ultravioleta (con un pico a 340 nm), condensación y temperatura. Una de las cámaras también incluye simulación de lluvia.  
  • Cámara de radiación ultravioleta Hönle UVA Cube.
  • Cámara de lluvia KÖHLER HK300M, 300 L y temperaturas hasta 70°C y humedad hasta 100%, para realizar ensayos Kesternich.
  • Baño de agua SC100, que puede ser calentado, para realizar los ensayos Machu, según la norma Qualitest.
  • Cámara climática Vöstch VCC3 0034 para ensayar la resistencia de los materiales a los gases (335L,ver Figura 54).
  • Cámara de ensayo Ineltec CKEST para humedad y temperatura, con temperaturas hasta  70ºC (300L).
  • Cámara climática Memmert HCP108 para aplicar humedad (20-95 %) y temperatura (20-90°C con humedad  y 20-160°C sin humedad).
  • Dos hornos mufla Nabertherm LT 24/12 y LT 40/12.
  • Cámara de tormenta de arena Control Técnica/ITS GmbH con velocidades hasta  30 m/s y concentraciones de polvo hasta 2.5 g/m³.
  • Equipo de abrasión por limpieza Erichsen 494, para ensayar la degradación causada por los cepillos de limpieza, con varios accesorios de limpieza.
  • Equipo de abrasión lineal Taber 5750,para comprobar la resistencia de los materiales a la abrasión.  
  • Equipo de corte cruzado Lumakin A-29,para analizar el posible desprendimiento de las capas de pintura.  
  • Varios instrumentos para ciclos térmicos especialmente diseñados en la PSA.
Equipo para la caracterización óptica de reflectores solares (izquierda) y análisis de durabilidad (derecha)
Cámara climática con gases corrosivos

Junto con estos equipos de interior, hay una serie de bancos de ensayo de intemperie para exponer los materiales a condiciones ambientales de exterior y comparar su degradación con la obtenida en los ensayos de envejecimiento acelerado, para estudiar la efectividad de revestimientos especiales, para optimizar las estrategias de limpieza y analizar la velocidad de ensuciado. Además, recientemente se ha instalado un banco de ensayos de helióstatos para probar la influencia del bloqueo en la duración de los revestimientos posteriores de los reflectores. Finalmente, esta línea de actuación también está provista de instrumentos para su uso propio, tales como dos balanzas de precisión, un  mezclador termomagnético, varios secadores, una serie de herramientas para la manipulación, corte y pulido de reflectores (tanto de primera como de segunda superficie), instrumentación para pH, conductividad, oxigeno, etc.