Resumen de Análisis de durabilidad de reflectores para sistemas solares de concentración sometidos a gases corrosivos
Los reflectores solares utilizados en aplicaciones de energía termosolar concentrada (en inglés concentrating solar thermal, CST) son susceptibles de sufrir degradación durante su vida en servicio debido a varios agentes ambientales, con la consiguiente pérdida de rendimiento óptico y a su vez de eficiencia global del sistema. Uno de dichos agentes pueden ser los gases atmosféricos contaminantes que se encuentran típicamente en sitios industriales, donde en ocasiones se emplazan centrales termosolares para el suministro de electricidad y calor industrial de proceso (en inglés industrial process heat, IPH). Debido a la falta de estudios sobre la durabilidad de los reflectores solares sometidos a los gases atmosféricos corrosivos más destacados, se diseñó una campaña experimental innovadora (compuesta de ensayos de envejecimiento acelerado y de exposiciones a intemperie) y una nueva metodología para la evaluación de la degradación de los reflectores, las cuales se aplicaron a dos tipos de reflectores solares comerciales, los de vidrio-plata y los de aluminio. Asimismo se analizaron tres configuraciones diferentes de muestras, con áreas de reflector pre-dañadas (raya, bordes cortados) e inicialmente intactas.
Una tanda de ensayos de envejecimiento acelerado se dedicó al estudio de la influencia de atmósferas con H2S, tomando como estándar de referencia la norma IEC 60068-2-43, concebida originalmente para componentes electrónicos. Los ensayos se realizaron a la misma concentración de H2S (la concentración más alta recomendada en la norma) y a las condiciones estándar y extremas de temperatura (T) y humedad relativa (RH). Se encontró que este gas reductor azufrado fomenta la corrosión de la capa reflectora en los espejos de vidrio-plata, ya que se hallaron varios signos de degradación en forma de diferentes tipos de puntos de corrosión en la capa de plata, además de la reacción efectiva de la plata y el cobre con el azufre. En cambio, este tipo de atmósfera corrosiva no degrada los reflectores de aluminio.
Se estudió un segundo tipo de ambiente contaminante que consistió en atmósferas húmedas a muy altas concentraciones de SO2, es decir, lluvia ácida. Se utilizaron dos normas como referencia para el diseño de los ensayos Kesternich, DIN 50018 e ISO 6988, y se seleccionaron tres valores diferentes de concentración de SO2 y de T. Este tipo de atmósfera fue especialmente agresiva en el test a la concentración más alta de gas contaminante, seguida por el test a la T más alta, debido a que en ambos casos se obtuvo degradación significativa en los reflectores de vidrio-plata. Por ejemplo, la reflectancia decreció notablemente incluso en las áreas de reflector inicialmente no dañadas, como consecuencia de la aparición de defectos de corrosión numerosos y grandes. A pesar de sufrir también una corrosión apreciable, los reflectores de aluminio mostraron mejor comportamiento óptico que los de vidrio-plata tras dichos ensayos. Además, se realizaron comparaciones entre la corrosión en reflectores comerciales de vidrio-plata ensayados a la más alta concentración de SO2 y en facetas reales de una central termosolar cercana a un ambiente industrial, y se pudo obtener un factor de aceleración realista del ensayo acelerado para dicho tipo de reflector.
Las dos atmósferas con azufre anteriormente mencionadas (bien en la forma reducida del azufre como H2S, bien en su forma oxidada como SO2) se ensayaron también en las mismas condiciones con el objeto de comparar la agresividad de estos dos gases. Se tomaron valores representativos de T, RH y concentración de gas gracias a la experiencia previa cosechada. Los defectos más significativos se detectaron en los espejos de vidrio-plata envejecidos en tests con H2S, mientras que los reflectores de aluminio apenas sufrieron degradación en las condiciones ensayadas con dichos gases. Por tanto, es primordial conocer tanto la aplicación específica como las condiciones ambientales concretas a la hora de seleccionar el tipo de reflector utilizado en una instalación CST.
La última de las investigaciones consistió en el estudio de los efectos de tres contaminantes distintos (H2S, SO2 y NO2) en los reflectores solares, tanto individualmente como en combinaciones de mezclas binarias. Se llevaron a cabo siete ensayos de envejecimiento acelerado en cámara climática a las mismas condiciones de T, RH y concentración de gas. Además, los mismos tipos de reflectores se expusieron a intemperie en cinco sitios contaminados representativos, entre los que se incluyen ambientes industriales, urbanos y costeros. Los análisis de reflectancia y microscopía revelaron la aparición de defectos de degradación en los reflectores, los cuales se potencian con ciertas combinaciones de gases tales como H2S+NO2 y NO2+SO2. Los reflectores de vidrio-plata se corroyeron especialmente en aquellos tests con H2S, mientras que el NO2 fue el agente más dañino para los de aluminio. El efecto de la salinidad en ambientes costeros y contaminados enmascaró la posible degradación debida a los gases corrosivos, lo que indica la necesidad de reproducir dichos ambientes en otro tipo de ensayos de laboratorio. Además, se realizaron comparaciones de los patrones de corrosión en ensayos de envejecimiento acelerado y en exposiciones a intemperie, lo que permitió saber qué ensayos de laboratorio con gases contaminantes son los más apropiados para reproducir las diferentes atmósferas contaminantes reales, así como calcular algunos factores de aceleración.
