Energía solar de concentración

La energía solar de concentración (CSP), también llamada termosolar, produce electricidad con el calor del sol y no con su luz. Campos de espejos siguen al sol y concentran su radiación sobre un receptor, donde un fluido se calienta a entre 300 °C y 565 °C. Ese calor genera vapor para una turbina, el mismo bloque de potencia que encontrarías en una central de carbón o de gas. Lo que distingue a la CSP es el almacenamiento: guardar calor cuesta muchísimo menos que guardar electricidad, así que una central con un tanque de sales fundidas puede vender electricidad solar de noche.

A escala mundial, la CSP es pequeña. IRENA, REN21 y la base de datos de proyectos de SolarPACES sitúan la potencia en servicio en unos 7 GW a mediados de la década de 2020, frente a más de 2.000 GW de fotovoltaica. Las estadísticas de electricidad de este sitio (de Ember y Our World in Data) no separan la CSP: va incluida en las cifras solares, donde aporta bastante menos del 1 % de la producción. Su interés no está tanto en su tamaño actual como en lo que puede hacer en regiones soleadas y áridas: dar energía solar que se puede almacenar y despachar cuando se necesita.

Cómo funciona la CSP

Toda central CSP tiene cuatro subsistemas:

1. Campo solar. Los espejos (heliostatos o reflectores curvos) siguen al sol y concentran la irradiancia directa normal sobre un receptor. Los sistemas de foco lineal alcanzan unos 30-100 soles; las torres de foco puntual, 500-1.000 o más.
2. Receptor. Absorbe la luz concentrada y transfiere el calor a un fluido: aceite térmico sintético, sal de nitratos fundida o directamente agua/vapor.
3. Almacenamiento de energía térmica. Normalmente dos tanques de sales fundidas, una mezcla de «sal solar» con cerca de un 60 % de nitrato sódico y un 40 % de nitrato potásico. La sal se bombea desde un tanque frío (~290 °C), pasa por el receptor o por un intercambiador de calor y llega a un tanque caliente (~390 °C en las cilindroparabólicas, ~565 °C en las torres).
4. Bloque de potencia. Un ciclo de vapor Rankine con turbina, generador y condensador, igual en lo esencial al de una central fósil.

Solo se puede concentrar la radiación directa, así que la CSP no aprovecha nada de la luz difusa que la fotovoltaica sigue convirtiendo los días brumosos. Para elegir emplazamiento, la cifra que importa es la DNI, no la irradiancia global horizontal (consulta el mapa de potencial solar).

Principales tecnologías termosolares

Cilindroparabólica

Largas filas de espejos parabólicos concentran la luz sobre un tubo receptor al vacío situado en la línea focal y calientan un aceite sintético hasta unos 390-400 °C. Es el diseño más maduro y el que acumula la mayor parte de la potencia instalada. Ejemplos son la flota española de centrales de 50 MW (Andasol 1-3, cada una con 7,5 horas de almacenamiento), la central Solana de 280 MW en Arizona y la sección cilindroparabólica de 600 MW de la fase 4 del Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park, en Dubái. El límite de temperatura del aceite frena el rendimiento del ciclo de vapor, y el almacenamiento necesita un intercambiador aceite-sal.

Torre central

Miles de heliostatos planos, cada uno con su propio seguimiento del sol, reflejan la luz hacia un receptor situado en lo alto de una torre. Las torres trabajan a más temperatura (sal fundida a unos 565 °C), así que la turbina rinde más y la sal se almacena directamente, sin intercambiador, lo que abarata el almacenamiento. Noor III en Marruecos (150 MW), Cerro Dominador en Chile (110 MW, unas 17,5 h de almacenamiento) y la torre de 100 MW y 262 metros de Dubái, la torre solar más alta jamás construida, son algunos ejemplos. Ivanpah, en California (unos 390 MW brutos, tres torres, vapor directo, sin almacenamiento), es la torre sin almacenamiento más conocida.

Fresnel lineal

Las centrales Fresnel lineales usan largas tiras de espejos casi planos, a ras de suelo, que concentran la luz sobre un receptor fijo montado encima. Cuestan menos de construir y ocupan menos terreno por MW que las cilindroparabólicas, pero su rendimiento óptico es menor, sobre todo en invierno y en latitudes altas. Suelen ser de decenas de MW, como Puerto Errado 2 en España (30 MW) y Dhursar en India (125 MW).

Disco parabólico

Un disco concentra la luz en un receptor situado en su punto focal, que normalmente acciona un motor Stirling de unos 10-25 kW por unidad. Los sistemas disco-Stirling tienen el récord de conversión de luz solar en electricidad (más del 30 % en punta). Eso sí, no admiten almacenamiento con facilidad y nunca llegaron a escala comercial: los grandes proyectos de discos en Estados Unidos a principios de la década de 2010 se cancelaron o se pasaron a fotovoltaica.

Los rangos de rendimiento son valores aproximados de diseño y operación tomados de la literatura de IRENA y SolarPACES. Las centrales reales varían según la DNI, el tamaño del almacenamiento y la forma de operarlas.

Rendimiento, almacenamiento y factor de capacidad

El rendimiento de la CSP es una cadena de conversiones. Las pérdidas ópticas (reflectividad de los espejos, efecto coseno y sombras) dejan normalmente un 55-75 % a lo largo del año; el receptor conserva el 80-90 % tras las pérdidas por absorción y calor; el ciclo de vapor convierte un 35-42 %. Multiplicándolos salen rendimientos anuales solar-eléctricos de un 13-20 %, parecidos o inferiores a los de los módulos fotovoltaicos. El límite de Carnot marca el techo termodinámico del bloque de potencia:

Esa ventaja de temperatura explica que las torres dominen los proyectos nuevos. El múltiplo solar es la principal palanca de diseño para la gestionabilidad. Con SM = 1, el campo apenas basta para mover la turbina a mediodía. Con un SM de 2,5-3,5, la central recoge calor sobrante durante el día y lo guarda para la tarde y la noche. Los tanques de sales fundidas solo pierden un pequeño porcentaje de su calor al día y cuestan mucho menos por kWh de capacidad que las baterías, así que 6-15 horas de almacenamiento son ya lo normal.

El factor de capacidad de una central CSP depende, por tanto, sobre todo del almacenamiento. Sin él, las centrales funcionan en torno al 20-30 %. Con 7-10 horas, lo típico en buenos emplazamientos es un 40-55 %, y centrales como Cerro Dominador están diseñadas para un 60-70 % o más. A medida que se alargaba el almacenamiento, la media ponderada de IRENA para las centrales nuevas subió de cerca del 30 % en 2010 al 40-55 % de los últimos años. La calculadora de factor de capacidad muestra lo que eso supone en energía anual.

Costes

Los costes de la CSP también han caído con fuerza, aunque partían de más arriba y con muchos menos proyectos que la fotovoltaica.

• IRENA (2024): el LCOE medio ponderado mundial de las nuevas centrales CSP bajó de unos 0,39 USD/kWh en 2010 a cerca de 0,12 USD/kWh en 2023, una caída de alrededor del 70 %. Cada año entran en servicio solo unas pocas centrales (últimamente sobre todo en China), así que la media anual da saltos.
• Precios de licitación: Noor Energy 1, en Dubái, de 950 MW (fase 4: 700 MW de CSP más 250 MW de fotovoltaica, con 15 horas de almacenamiento), se contrató a unos 0,073 USD/kWh en 2017. Los proyectos chilenos y chinos han ofertado 0,06-0,11 USD/kWh, según la financiación y los sistemas de apoyo.
• Los análisis Lazard LCOE+ han situado las torres termosolares con almacenamiento en Estados Unidos en unos 120-160 USD/MWh sin subvenciones, muy por encima de la fotovoltaica a gran escala.
• NREL ATB modela nuevas bajadas importantes para las torres de sales fundidas si los diseños de próxima generación (receptores más calientes, ciclos de CO2 supercrítico) llegan al mercado.

La inversión es alta, normalmente varios miles de USD por kW según las horas de almacenamiento, y el LCOE oscila mucho con el WACC, el tamaño de la central y la DNI. La comparación justa no es CSP frente a fotovoltaica sin más, sino CSP frente a fotovoltaica con almacenamiento en baterías que entregue la misma energía de tarde y de noche. Para duraciones cortas (2-4 h), la fotovoltaica con baterías de litio gana ya casi en todas partes; la CSP sale mejor parada a partir de 8 horas y para calor industrial. Puedes probar estos equilibrios en la calculadora de LCOE.

Proyectos emblemáticos

• Noor Ouarzazate, Marruecos. Un complejo de 580 MW: Noor I (160 MW cilindroparabólica, 3 h de almacenamiento), Noor II (200 MW cilindroparabólica, 7 h), Noor III (150 MW de torre, unas 7,5 h) y Noor IV (72 MW fotovoltaicos). Construido con préstamos concesionales multilaterales, se convirtió en el modelo de la gran CSP en mercados emergentes.
• Cerro Dominador, Chile. La primera central CSP de América Latina (2021), una torre de sales fundidas de 110 MW con unas 17,5 h de almacenamiento, acompañada de 100 MW fotovoltaicos en el desierto de Atacama, donde la DNI está entre las más altas del planeta.
• Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park, fase 4, Emiratos Árabes Unidos. La mayor inversión en CSP en un solo emplazamiento del mundo: 600 MW cilindroparabólicos, una torre de 100 MW y 250 MW fotovoltaicos, con 15 horas de almacenamiento.
• Ivanpah, Estados Unidos. Era la mayor central CSP del mundo cuando se inauguró en 2014. Usa torres de vapor directo sin almacenamiento y quema gas natural para el arranque. No alcanzó los primeros objetivos de producción y recibió críticas por la muerte de aves. En 2025, sus compradores de energía acordaron rescindir los contratos ante un cierre parcial previsto.
• Crescent Dunes, Estados Unidos. Una torre de 110 MW con 10 h de almacenamiento que sufrió una fuga en un tanque de sal y largas paradas. Sus problemas enfriaron el interés de los inversores por la CSP a finales de la década de 2010.

Suelo, agua y materiales

Suelo. La CSP necesita unas 2-4 hectáreas por MW, más o menos lo mismo que la fotovoltaica a gran escala o algo más si se cuenta el campo sobredimensionado para el almacenamiento. Los terrenos tienen que ser llanos, con pendientes en general inferiores al 1-3 %.

Agua. En los desiertos, el agua es el mayor problema ambiental de la CSP. Las centrales cilindroparabólicas con refrigeración húmeda consumen unos 3.000-3.500 litros por MWh, como las de carbón. La refrigeración seca (por aire) lo reduce cerca de un 90 %, a unos cientos de litros por MWh para lavar espejos y reponer vapor, pero cuesta un pequeño porcentaje de la producción y más inversión. La mayoría de las centrales nuevas en zonas con estrés hídrico usan refrigeración seca.

Materiales. La CSP consume mucho material: acero y hormigón para estructuras y cimentaciones, vidrio y plata para los espejos, y decenas de miles de toneladas de sales de nitrato por central. Ninguno escasea, pero la masa por MW es mayor que en la fotovoltaica.

Emisiones de CO2 en el ciclo de vida

• IPCC AR5 WGIII Annex III (2014): mediana de 27 gCO2e/kWh, con un rango de 8,8-63 g.
• UNECE (2021): en esta evaluación, la CSP sale de media por encima de la fotovoltaica. Las razones son las grandes cantidades de acero, hormigón, vidrio y sales de nitrato y, en algunos diseños, el gas natural que se quema para el arranque y la protección contra la congelación. Aun así, las cifras quedan un orden de magnitud por debajo de la generación fósil.

Lo que más pesa es la cocombustión con gas. Las centrales que queman mucho gas para arrancar o para evitar que la sal se solidifique tienen unas emisiones de operación claramente más altas que los diseños solo solares. La sal fundida se solidifica a unos 220-240 °C, así que hay que mantenerla caliente durante los periodos nublados.

Seguridad e impactos ambientales

Los riesgos industriales son los de cualquier central térmica: vapor a alta presión, fluidos calientes y riesgo de incendio por el aceite térmico sintético en las cilindroparabólicas. La luz concentrada cerca de los receptores de torre puede quemar a las aves y los insectos que la atraviesan; los estudios discrepan mucho sobre cuántas aves mueren cada año en Ivanpah. Los reflejos pueden molestar a pilotos y conductores. Las sales de nitrato no son tóxicas (son de calidad fertilizante), aunque las fugas pueden dañar los equipos.

Perspectivas

El crecimiento de la CSP se frenó en la década de 2010 al desplomarse los costes de la fotovoltaica, pero el almacenamiento ha recuperado el interés. China tiene una gran cartera de proyectos de torre y Fresnel construidos junto a fotovoltaica y eólica para dar potencia firme a remotas «bases de energía limpia». Chile, Marruecos, Arabia Saudí, Emiratos Árabes Unidos y Sudáfrica siguen siendo mercados activos. El nicho más probable de la CSP es cubrir la tarde y la noche como socio gestionable de una fotovoltaica barata, y suministrar calor industrial de alta temperatura, ya que un campo CSP puede entregar vapor directamente. La investigación se centra en receptores por encima de 700 °C, ciclos de potencia de CO2 supercrítico y almacenamiento con partículas. Para la parte fotovoltaica, consulta energía solar; para comparar costes y emisiones con otras opciones, la comparativa de tecnologías.