Espejo solar

El sustrato es la capa mecánica que mantiene la forma del espejo.

El vidrio también puede utilizarse como capa protectora para proteger las demás capas de la abrasión y la corrosión. Aunque es frágil, es un buen material para este propósito, ya que es altamente transparente (bajas pérdidas ópticas), resistente a la luz ultravioleta (UV), bastante duro (resistente a la abrasión), químicamente inerte y relativamente fácil de limpiar. Está compuesto de vidrio flotado con altas características de transmisión óptica en los rangos visible e infrarrojo , y está configurado para transmitir luz visible y radiación infrarroja. La superficie superior, conocida como "primera superficie", reflejará parte de la energía solar incidente, debido al coeficiente de reflexión causado por su índice de refracción, que es mayor que el del aire. La mayor parte de la energía solar se transmite a través del sustrato de vidrio a las capas inferiores del espejo, posiblemente con cierta refracción , dependiendo del ángulo de incidencia de la luz al entrar en el espejo.

Los sustratos metálicos ("reflectores de espejo metálico") también pueden utilizarse en reflectores solares. El Centro de Investigación Glenn de la NASA , por ejemplo, utilizó un espejo compuesto por una superficie reflectante de aluminio sobre una estructura metálica de panal ^{[ 1 ]} como prototipo de unidad reflectora para un sistema de energía propuesto para la Estación Espacial Internacional . Una tecnología utiliza paneles reflectores compuestos de aluminio, que alcanzan más del 93 % de reflectividad y están recubiertos con un revestimiento especial para la protección de la superficie. Los reflectores metálicos ofrecen algunas ventajas sobre los reflectores de vidrio, ya que son ligeros y más resistentes que el vidrio y relativamente económicos. La capacidad de mantener la forma parabólica en los reflectores es otra ventaja, y normalmente los requisitos del subchasis se reducen en más del 300 % . El revestimiento reflectante de la superficie superior permite una mayor eficiencia.

La capa reflectante está diseñada para reflejar la máxima cantidad de energía solar incidente, devolviéndola al sustrato de vidrio. Esta capa consta de una fina película metálica altamente reflectante, generalmente de plata o aluminio , aunque ocasionalmente se utilizan otros metales. Debido a su sensibilidad a la abrasión y la corrosión, la capa metálica suele estar protegida por el sustrato (de vidrio) en la parte superior, y la parte inferior puede estar cubierta con un revestimiento protector, como una capa de cobre y barniz .

A pesar de que el aluminio se utiliza en espejos convencionales, no siempre se emplea como capa reflectante en espejos solares. Se afirma que el uso de plata como capa reflectante aumenta la eficiencia, ya que es el metal más reflectante. Esto se debe al factor de reflexión del aluminio en la región ultravioleta del espectro . Al colocar la capa de aluminio en la superficie frontal, queda expuesta a la intemperie, lo que reduce la resistencia del espejo a la corrosión y lo hace más susceptible a la abrasión. Añadir una capa protectora al aluminio reduciría su reflectividad.

Se puede colocar una capa de interferencia en la primera superficie del sustrato de vidrio. ^{[ 2 ]} Se puede utilizar para ajustar la reflectancia. También se puede diseñar para la reflectancia difusa de la radiación ultravioleta cercana, con el fin de evitar que atraviese el sustrato de vidrio. Esto mejora sustancialmente la reflexión general de la radiación ultravioleta cercana del espejo. La capa de interferencia puede estar hecha de varios materiales, según el índice de refracción deseado, como el dióxido de titanio .

Los sistemas de refrigeración pasiva de espejos reducen las temperaturas al reflejar la radiación solar y, al mismo tiempo, protegen la base de los espejos de la penetración del calor. ^{[ 4 ]} La eficacia de estos sistemas puede disminuir con la acumulación de polvo en los espejos, llegando a reducirse en un 63 % con una acumulación máxima. Sin embargo, los espejos pueden limpiarse solos con la lluvia (reduciendo la tasa de suciedad al 18,6 %) o manualmente. ^{[ 5 ]}

A nivel local, se han implementado sistemas de refrigeración pasiva mediante espejos para reducir el consumo de energía utilizado para refrigerar edificios residenciales y comerciales y, por lo tanto, compensar la necesidad de aire acondicionado . ^{[ 3 ]} Cuando se colocan superficies de espejos pasivos en los tejados, se ha demostrado que reducen el consumo de electricidad y los costos de refrigeración, con un estudio de caso que redujo los costos en un 15 %. ^{[ 6 ]}

Aunque se ha propuesto el uso de espejos solares como una forma de gestión de la radiación solar a escala global, se requieren más datos y financiación. Una mayor concienciación sobre el potencial del enfriamiento radiativo pasivo para reducir costes, así como su papel en la reducción de la radiación solar, podría aumentar sus aplicaciones. ^{[ 6 ]} Investigadores que apoyan las aplicaciones de enfriamiento mediante espejos pasivos a gran escala, como Ye Tao del MEER, argumentan que la eliminación de dióxido de carbono por sí sola no será lo suficientemente rápida como para evitar que el aumento de la temperatura global supere niveles que pongan en peligro la vida. ^{[ 7 ]}

Se han construido sistemas solares térmicos para producir energía solar concentrada (CSP), para generar electricidad. ^{[ 8 ] [ 9 ]} La gran torre de energía solar del Laboratorio Sandia utiliza un motor Stirling calentado por un concentrador de espejo solar . ^{[ 10 ]} Otra configuración es el sistema de colectores parabólicos. ^{[ 11 ]}

Se han propuesto sistemas de energía "solar dinámicos" para diversas aplicaciones en naves espaciales , incluidos satélites de energía solar , donde un reflector enfoca la luz solar sobre un motor térmico como el del ciclo Brayton . ^{[ 12 ]}

Hasta la fecha no se han realizado pruebas a gran escala sobre este concepto. Probablemente esto se deba a que el aumento del coste de los reflectores y de la refrigeración en general no se justifica económicamente.

En teoría, para los diseños de satélites de energía solar espacial , los espejos solares podrían reducir los costos de las células fotovoltaicas y los costos de lanzamiento, ya que se espera que sean más ligeros y económicos que áreas equivalentes de células fotovoltaicas de gran tamaño. La corporación Boeing estudió varias opciones . ^{[ 15 ]} En su Fig. 4, titulada "Arquitectura 4. Rueda GEO Harris", los autores describen un sistema de espejos solares utilizado para aumentar la potencia de algunos colectores solares cercanos, desde donde la energía se transmite a estaciones receptoras en la Tierra.