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Instalación para la Caracterización Óptica y los Ensayos de Durabilidad de Componentes Solares - OPAC

Esta instalación es la más importante a nivel mundial dedicada al estudio completo de los materiales utilizados en los componentes ópticos de los sistemas termosolares de concentración (reflectores, receptores, cubiertas transparentes, partículas para receptores, etc.), permitiendo la determinación de los parámetros ópticos característicos, su posible deterioro a lo largo del tiempo, así como diferentes aspectos de O&M, tales como la evaluación y mitigación de la suciedad (incluyendo las estrategias de limpieza). Esta instalación es el resultado de un proyecto colaborativo entre el CIEMAT y el DLR y está compuesta por varias instalaciones únicas a intemperie para evaluar los posibles mecanismos de degradación que afectan a estos componentes ópticos (incluyendo un gran número de bancos de ensayo que simulan diferentes condiciones de operación) y cinco laboratorios completamente equipados para reproducir tales mecanismos de degradación bajo condiciones de envejecimiento acelerado en cámaras climáticas. A continuación se detalla el equipamiento disponible en el laboratorio de caracterización óptica de componentes solares (ver Figura 1.a):

Tres reflectómetros especulares portátiles, modelo 15R-USB de Devices and Services, para medir la reflectancia especular con un ángulo de incidencia de 15°, una longitud de onda de 660 nm y diferentes ángulos de aceptancia (3,5; 7,5; 12,5 y 23 mrad).
Un reflectómetro especular portátil, modelo MWR de Devices and Services, para medir la reflectancia especular con un ángulo de incidencia de 15°, longitudes de onda de 460, 550, 650 y 720 nm y diferentes ángulos de apertura (2,3; 3,5; 7,5; 12,5 y 23 mrad).
Un reflectómetro portátil, modelo pFlex 2.1 de PSE, para medir la reflectancia especular con un ángulo de incidencia de 8°, longitudes de onda de 470, 525 y 625 nm, y un ángulo de aceptancia de 67 mrad.
Un reflectómetro portátil, modelo Condor de Zepren, para medir la reflectancia especular con un ángulo de incidencia de 12°, longitudes de onda de 435, 525, 650, 780, 940 y 1050 nm, y un ángulo de apertura de 145 mrad.
Un reflectómetro portátil, modelo CM-700d de Konica Minolta, para medir la reflectancia hemisférica y difusa con un ángulo de incidencia de 8° y un rango de longitudes de onda de 400-700 nm.
Un brillómetro portátil, modelo 1130 de Zehntner, para mediciones indirectas de reflectancia solar, con ángulos de incidencia de 20, 60 y 85°.
Un prototipo de reflectómetro para medir la reflectancia especular en un diámetro de 5 cm con resolución espacial de 10 píxeles/mm, que mide en varias longitudes de onda y ángulos de apertura (modelo SR2, diseñado y patentado por DLR).
Un Reflectómetro Especular Espectral S2R para medir los espectros de reflectancia especular a ángulos de incidencia variables de 8-70°, en el rango de longitudes de onda de 280 a 2500 nm, y ángulos de aceptancia discretos de 7,4; 12,3; 14,8; 20,2; 35,9 y 107,4 mrad (diseñado y patentado por DLR).
Dos espectrofotómetros, modelo Lambda 1050 de Perkin Elmer, con esferas integradoras Labsphere de 150 mm de diámetro para medir la reflectancia hemisférica, absorbancia y transmitancia con un ángulo de incidencia de 8° en el rango de longitudes de onda de 280 a 2500 nm, y un accesorio de reflectancia especular con ángulos de incidencia de 0 a 68° (URA).
Un espectrómetro infrarrojo, modelo Frontier FTIR de Perkin Elmer, con una esfera integradora Pike de 76,2 mm de diámetro para medir la emitancia con un ángulo de incidencia de 12° en el rango de longitudes de onda de 2 a 14 μm.
Una cámara Nikon D3 y un kit Cubalite de 90 cm para realizar fotos de superficies especulares sin reflexiones parasitarias.
Un microscopio 3D, modelo CSM 700 de Zeiss Axio, con aumentos de 5, 10, 20, 50 y 100 para analizar los perfiles y la rugosidad de las superficies ópticas.
Un microscopio 3D, modelo M250 C de Leica, con aumentos en el rango de 7.8 a 160.
Un sistema de impedancia Parstat 4000 para analizar la corrosión de materiales reflectores.
Un tensiómetro, modelo 200 Basic Theta de Attension, para la evaluación estática y dinámica del ángulo de contacto, un parámetro clave para estudiar el rendimiento de los recubrimientos anti-suciedad aplicados a los reflectores solares y las cubiertas de tubos receptores.
Un banco óptico de propósito general como accesorio para el espectrofotómetro Lambda 1050 de Perkin Elmer con características avanzadas para montar dispositivos ópticos para el desarrollo de nuevos instrumentos de medición.

Los cuatro laboratorios para el análisis de durabilidad de componentes solares están diseñados para realizar ensayos de envejecimiento acelerado de estos materiales con el propósito de predecir, en un corto periodo de tiempo, el comportamiento durante su vida útil (ver Figura 1.b). Para ello, se aplican de manera controlada, tanto de manera individual como en combinación, las variables ambientales que producen la degradación de los componentes solares cuando están expuestos a condiciones exteriores. A continuación se enumera el equipamiento disponible para los ensayos de envejecimiento acelerado en los laboratorios de durabilidad de componentes solares:

Una cámara climática, modelo VCC3 0034 de Vöstch, para ensayar la resistencia de los materiales sometidos a gases corrosivos (H2S, Cl2, NO2, SO2) en combinación con temperatura y humedad (335 L), ver Figura 1.c.
Dos cámaras climática, modelo SC340MH de ATLAS, para ensayos de temperatura (de -40 °C a +120 °C), humedad (de 10 % a 90 %), radiación solar (de 280 a 3,000 nm) y precipitaciones (340 L).
Una cámara climática, modelo MKF 720 de Binder, donde se puede aplicar radiación UV (con un pico en 340 nm) en combinación con una amplia gama de condiciones de temperatura y humedad.
Una cámara climática, modelo HCP108 de Memmert, para aplicar humedad (20-95 %) y temperatura (20-90 °C con humedad y 20-160 °C sin humedad).
Una cámara climática, modelo CKEST 300 de Ineltec, para ensayos de humedad y condensación con temperaturas de hasta 70°C (300 L).
Una cámara de niebla salina, modelo VSC450 de Vötsch, con temperaturas de 10 °C a 50°C (450 L).
Una cámara de niebla salina, modelo 608/1000 L de Erichsen, con temperaturas de 10 °C a 50°C.
Dos cámaras de radiación, modelo UV-Test de ATLAS, donde se puede aplicar radiación UV (con un pico en 340 nm), condensación y temperatura. Una de las cámaras también incluye simulación de lluvia.
Una cámara ultravioleta, modelo UVA Cube de Hönle.
Un baño de agua caliente SC100, para realizar el ensayo Machu, según la guía de Qualitest.
Una cámara de tormenta de arena, modelo Control Técnica/ITS GmbH, con velocidades de viento de hasta 30 m/s y concentraciones de polvo de hasta 2,5 g/m³.
Un dispositivo de abrasión por limpieza, modelo 494 de Erichsen, para ensayar la degradación debido a los cepillos de limpieza, con varios accesorios.
Dos abrasores lineales, modelo 5750 de Taber, para comprobar la resistencia de los materiales contra la abrasión.
Un dispositivo de corte por enrejado, modelo A-29 de Lumakin, para analizar el posible desprendimiento de las capas de pintura.
Un dispositivo de tracción, modelo PosiTest AT-A de DeFelsko, para analizar el posible desprendimiento de las capas de pintura.
Un dispositivo para experimentos de erosión por arena basado en la norma DIN 52348. El material erosivo golpea la muestra después de unos 160 cm de caída libre bajo ángulos de impacto ajustables (diseñado por DLR).
Una cámara de suciedad artificial, equipada con el generador de aerosoles SAG410/L de TOPAS GmbH y un nebulizador ultrasónico para lograr una reproducción realista de la suciedad en muestras de componentes ópticos (diseñada por DLR).
Varios dispositivos para ciclos térmicos especialmente diseñados en el PSA por CIEMAT y DLR.

Figura 1.a - Laboratorio de caracterización óptica

Figura 1.b - Laboratorio de análisis de durabilidad

Figura 1.c - Cámara climática

Figura 1.d - Banco de ensayos de muestras a intemperie