“EMBUDO” PARA APROVECHAR MEJOR LA ENERGIA SOLAR

Embudo
Los esfuerzos de la comunidad científica encaminados hacia el objetivo de lograr aprovechar para la generación de electricidad una porción mayor del espectro de la radiación solar que llega a la Tierra, se han visto recompensados recientemente con el surgimiento de un concepto revolucionario y muy prometedor: un “embudo” para la energía solar, basado en materiales operando bajo tensión elástica.
En este concepto desarrollado por el equipo de Ju Li y Xiaofeng Qian del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, con la colaboración de la Universidad de Pekín en China, el término “embudo” es una metáfora: Los electrones y los “huecos”, separados de los átomos por la energía de los fotones, son conducidos al centro de la estructura por fuerzas electrónicas, no por gravedad como en un embudo corriente.
El material, un compuesto de molibdeno, es una lámina estirada de material delgado, con su centro presionado hacia abajo por una aguja microscópica.
La presión ejercida por la aguja causa una tensión elástica que aumenta hacia el centro de la lámina. Este gradiente de tensión cambia la estructura atómica del modo preciso para “sintonizar” diferentes longitudes de onda de la luz con secciones diferentes de la lámina, abarcando de este modo una porción más amplia del espectro de la luz solar, con la consecuencia de un mejor aprovechamiento energético de la radiación emitida por el Sol.
El concepto del “embudo” para energía solar. (Imagen: Yan Liang / MIT)
La tensión estructural experimentada por un material al ser presionado o estirado no es de una sola clase. Un muelle que se comprime cuando lo apretamos y se expande cuando lo liberamos es un ejemplo de tensión elástica, distinta de la experimentada por una hoja de papel de estaño cuando la arrugamos hasta formar una bolita con ella. El nuevo diseño de embudo de energía solar se basa en controlar con precisión la tensión elástica a fin de gobernar el potencial de los electrones en el material.
Parece evidente que la manipulación precisa de la tensión elástica en los materiales constituye un nuevo y prometedor campo de investigación y desarrollo.

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ENERGIA SOLAR ¿CUBRE TODAS LAS NECESIDADES ELECTRICAS DEL HOGAR?

Energia solar
Seguramente has tenido la idea de invertir en paneles solares para tu hogar, sin embargo te enfrentas a la gran pregunta ¿la energía solar puede cubrir todas las necesidades eléctricas de mi hogar?
Bueno, antes de responder a esta pregunta es importante definir cuáles son tus verdaderas necesidades básicas por ejemplo:
• Luz eléctrica
• Refrigerador
• Televisión
• Radio
Esta lista varía dependiendo de cada familia, sin embargo, existe un punto básico que todos necesitamos, la energía eléctrica.
Hay que tomar en cuenta que hoy en día existen muchos hogares cuya fuente de energía es sólo la energía solar, se trata de hogares ubicados en zonas lejanas que no tienen acceso a la red eléctrica, como los hogares del proyecto México Brilla, que ahora cuentan con focos ahorradores alimentados por paneles solares.
La energía solar sí puede cubrir las necesidades eléctricas del hogar, sin embargo, algunos aparatos eléctricos gastan demasiada energía por lo que necesitan estar conectados a la red eléctrica normal.
Puede sonar un poco confuso, por esta razón opté por buscar alguna información acerca de qué es lo que debes hacer para que la energía solar cubra todas las necesidades eléctricas de tu hogar.
La energía solar va de la mano con un hogar sustentable.
Si quieres invertir en energía solar debes iniciar por:
1.- Adoptar un estilo de vida de ahorro.- Si estás acostumbrado a dejar la televisión, el estéreo, la luz y la computadora encendida al mismo tiempo seguramente la producción de energía de los paneles solares no será suficiente. Si tu objetivo es dejar de depender de la red eléctrica el primer paso es ahorrar energía.
2.- Calcular tus necesidades eléctricas.- La manera más sencilla de calcular tu consumo de energía es revisando tus recibos de luz y hacer un promedio de tu consumo del último año.
3.- Calcular cuántos paneles solares necesitas.- Por medio de una calculadora solar, puedes determinar cuántos paneles necesitas para cubrir tus necesidades eléctricas.
Una vez que has disminuido tu consumo de electricidad y conoces cuánta energía gastas podrás calcular cuántos paneles necesitas y cuánto dinero tendrás que invertir.
Ahora que sabes que la energía solar puede cubrir todas las demandas eléctricas de tu hogar siempre y cuando tengas buenos hábitos en el ahorro de energía ¿Te gustaría instalar paneles solares en tu hogar?

SISTEMA BARATO PARA ALMACENAR ENERGIA SOLAR

Sistema barato para almacenar energia solar¿Cómo puede la energía solar ser almacenada de forma que pueda estar disponible en cualquier momento del día o de la noche, cuando el sol brilla o no? EPFL científicos están desarrollando una tecnología que puede transformar la energía luminosa en un combustible limpio que tiene una huella de carbono neutral: el hidrógeno. Los ingredientes básicos de la receta son óxidos de agua y el metal, tales como óxido de hierro, mejor conocidos como óxido. Kevin Sivula y sus colegas propósito se limita a materiales de bajo costo y procesos de producción fácilmente escalables a fin de permitir un método económicamente viable para la producción de hidrógeno solar. El dispositivo, aún en fase experimental, se describe en un artículo publicado en la revista Nature Photonics.

La idea de convertir la energía solar en hidrógeno no es nueva, los investigadores han estado trabajando en él durante más de cuatro décadas. Durante la década de 1990, EPFL se unió a la refriega, con la investigación de Michael Grätzel. Con un colega de la Universidad de Ginebra, inventó el fotoelectroquímico (PEC) en tándem de células solares, una técnica para producir hidrógeno directamente a partir de agua. Sus prototipos compartido el mismo principio básico: una célula solar sensibilizada con colorante – también inventado por Michael Grätzel – combinado con un semiconductor a base de óxido.

El dispositivo es completamente autónomo. Los electrones producidos se utilizan para romper las moléculas de agua y la reforma de las piezas en oxígeno e hidrógeno. En el mismo líquido, dos capas distintas en el dispositivo tienen la tarea de generación de electrones cuando es estimulado por la luz, un semiconductor de óxido, que realiza la reacción de desprendimiento de oxígeno, y una célula sensibilizada con colorante, que libera el hidrógeno.

La parte más costosa? La placa de vidrio

último prototipo El equipo se centró en resolver el principal problema pendiente con PEC tecnología: su coste. “Un equipo de EE.UU. logró alcanzar una eficiencia impresionante de 12,4%”, dice Sivula. “El sistema es muy interesante desde el punto de vista teórico, pero con su método que le costaría 10.000 dólares para producir una superficie de 10 centímetros cuadrados.”

Así que los científicos se fijaron una limitación desde el principio – utilizar sólo materiales asequibles y técnicas. No fue una tarea fácil, pero se las arregló ellos. “El material más caro en nuestro dispositivo es la placa de vidrio”, explica Sivula. La eficiencia es todavía baja – entre 1,4% y 3,6%, dependiendo del prototipo utilizado. Sin embargo, la tecnología tiene un gran potencial. “Con nuestro concepto menos costoso a base de óxido de hierro, esperamos ser capaces de alcanzar eficiencias del 10% en unos pocos años, por menos de $ 80 por metro cuadrado. A ese precio, vamos a ser competitivos con los métodos tradicionales de producción de hidrógeno. ”

El semiconductor, que realiza la reacción de desprendimiento de oxígeno, es óxido de hierro. “Es un material estable y abundante. No hay manera de que se oxida más! Pero es uno de los peores semiconductores disponibles “, Sivula admite.

Silicio mejorado nano-óxido

eso el óxido de hierro utilizado por el equipo es un poco más desarrollado que lo que te encontrarías en un clavo viejo. Nanoestructurada, reforzada con óxido de silicio, cubierta con una capa nanométrica delgada de óxido de aluminio y óxido de cobalto – estos tratamientos optimizar las propiedades electroquímicas del material, pero no obstante son fáciles de aplicar. “Necesitábamos desarrollar métodos fáciles de preparación, como aquellas en las que usted podría mojar o pintar el material.”

La segunda parte del dispositivo se compone de un colorante y dióxido de titanio – los ingredientes básicos de una célula solar sensibilizada con colorante. Esta segunda capa permite que los electrones transferidos por la energía óxido de hierro ganancia suficiente para extraer hidrógeno del agua.

Un potencial excepcional – hasta un 16%

Los resultados presentados en el documento de Nature Photonics representan un gran avance en el rendimiento que ha sido posible gracias a los recientes avances en el estudio tanto el óxido de hierro y de tinte sensibilizado dióxido de titanio, y estas dos tecnologías son rápidamente avanzando. Sivula predice que la tecnología de célula en tándem el tiempo será capaz de alcanzar una eficiencia del 16% con óxido de hierro, mientras que aún permanecen bajo costo, que es, después de todo, el atractivo de la aproximación. Por lo que es posible almacenar la energía solar a bajo costo, el sistema desarrollado en EPFL podría aumentar considerablemente el potencial de la energía solar para servir como una fuente de energía renovable viable para el futuro.

ENEGIAS RENOVABLES Y MEDIO AMBIENTE

energías-renovables-1-300x286Energías Renovables ¿Generan Algún Efecto Negativo Al Medio Ambiente?
Para la generación energía a partir de fuentes renovables se utilizan recursos naturales a los que normalmente todos tenemos acceso durante la mayor parte del día, sin embargo para aprovechar estos recursos se realizan instalaciones que sí pueden tener algunos efectos negativos para el medio ambiente.
Los impactos negativos de las energías renovables dependen del tipo de energía.
• Energía eólica, las turbinas eólicas representa un riesgo potencial para las aves y murciélagos, afortunadamente algunos diseños de turbinas ya son seguras para las aves.
• Energía Hidroeléctrica, requiere del uso de embalsames, por lo que puede tener efectos negativos en algunas especies de peces, como la trucha, el salmón y el esturión. Afecta en general la migración de los peces.
• Plantas geotérmicas, puede causar un enfriamiento acelerado geológico, lo que puede causar la disminución de las salidas de los manantiales geotérmicos, también puede generar un aumento en las magnitudes del terremoto, aunque esto sigue siendo una especulación.
• Energía mareomotriz, requiere de la obstrucción parcial de las bahías y canales.
• Energía solar, algunos componentes de los paneles solares no son fáciles de desechar.
En general todas las energías renovables generan un efecto negativo en el medio ambiente, aunque en realidad es mínimo si lo comparamos con los efectos del uso de los combustibles fósiles, que generan emisiones enormes de CO2 y que además durante su extracción se afecta gravemente a los ecosistemas.

¿QUE FACTORES DISMINUYEN LA EFICIENCIA DE UN PANEL SOLAR?

La energía solar se ha visto apoyada por una gran variedad de inventos que permiten incrementar cada vez más la eficiencia de los paneles solares.

Sin embargo el tema de la inversión y la eficiencia de un panel solar sigue siendo de gran preocupación para muchos consumidores.

Sobre todo debido al hecho de que existen varios aspectos que disminuyen la eficiencia de un panel solar, un ejemplo, es que cualquier electrón dentro del panel que no reciba la energía suficiente, simplemente se calienta y provoca la reducción de la productividad del panel.

La reducción en la eficiencia se debe principalmente a factores como:

1. La celda no está trabajando a su máximo potencial, ya que algunos electrones pierden su productividad

2. Los electrones liberan calor, se calienta el panel lo que puede interferir con otros componentes contenidos en un panel solar.

En gran medida la eficiencia de los paneles se basa en la calidad de las celdas solares, mientras más y mejores sean las celdas solares mayor será la producción de electricidad.

El problema es que las celdas de mejor calidad también son las más caras, por lo que asegurarnos de tener un panel solar de calidad también implica pagar una cantidad más elevada, ya que no solo se paga el panel sino toda la tecnología e investigaciones que se realizaron para logran aumentar la eficiencia del panel.

Otro factor que afecta a la eficiencia del panel solar es la ubicación ya que mientras más luz reciba mayor será la producción, por lo que siempre se recomienda que el panel se ubique en dirección al sol, y que no tenga objetos que puedan bloquear los rayos solares.

¿COMO AUMENTAR LA POTENCIA DE LOS PANELES SOLARES?

Intentando reducir aún más el coste de la energía solar, Bandgap Engineering, en Estados Unidos, está desarrollando una célula solar basada en nanohilos que podría generar el doble de energía que las células solares convencionales.

Es un proyecto a largo plazo, pero por ahora la empresa está a punto de comercializar una versión más sencilla de la tecnología, usando nanohilos de silicio capaces de mejorar el rendimiento y reducir el coste de las células solares de silicio convencionales. Bandgap afirma que sus nanohilos, que se pueden producir usando herramientas de fabricación ya existentes, aumentan la producción energética al aumentar la cantidad de luz que pueden absorber las células solares.

Ahora mismo la mayoría de los fabricantes de paneles solares no están construyendo nuevas fábricas, porque el mercado para su producto está saturado. Pero si las condiciones del mercado mejoran y los fabricantes empiezan a construir, podrán introducir grandes cambios en las líneas de producción. En ese caso la tecnología de Bandgap serviría para que el cambio en las células solares fuera más significativo. Aumentar la absorción de luz permitiría, por ejemplo, que los fabricantes usaran obleas de silicio mucho más finas, abaratando así la partida que supone el coste mayor en la fabricación de una célula solar. También permitirá a los fabricantes usar alambres de cobre para recoger la carga de los paneles solares, en vez de los de plata que son más caros.

Estos cambios podrían conducir a paneles solares que convierten un 20 por ciento de la energía del sol en electricidad (en comparación con el 15 por ciento que logran la mayoría de las células solares actualmente) y además que su producción e instalación costara solo un dólar (unos 77 céntimos de euro) por vatio, afirma el director ejecutivo de Bandgap, Richard Chleboski. (En la actualidad la instalación cuesta algunos dólares por vatio, dependiendo del tamaño y del tipo que sean los paneles). A lo largo de la vida activa del sistema, los costes bajarían hasta unos 6-10 centavos de dólar por kilovatio hora (unos 4-8 céntimos de euro). Eso sigue siendo más caro que el coste de la energía generada por gas natural en Estados Unidos, que cuesta unos 4 centavos de dólar por kilovatio hora (unos 3 céntimos de euro), pero es lo suficientemente barato como para asegurar un mercado sustancial a la energía solar en muchas partes del mundo donde los costes energéticos son más altos, o incluso en determinados nichos de mercado en Estados Unidos.

Al mismo tiempo, Bandgap está creando una tecnología que podría llegar algún día a mejorar la eficiencia de las células lo suficiente como para que la energía solar compitiera de forma generalizada con los combustibles fósiles. Si doblan la eficiencia de las células solares sin aumentar demasiado los costes de fabricación, estarían abaratando sustancialmente el coste por vatio de los paneles solares y se reduce a la mitad el coste de instalación, el mayor gasto en la energía solar en la actualidad, al hacer que sea posible conseguir la misma cantidad de energía de la mitad de células.

Tanto las células que Bandgap está a punto de presentar como las células que espera producir a largo plazo están basadas en la idea de minimizar la pérdida energética que se produce cuando la luz atraviesa una célula solar sin ser absorbida o cuando determinadas longitudes de onda de luz se absorben pero no tienen suficiente energía para desplazar los electrones y generar electricidad (esa energía se malgasta como calor). En una célula solar convencional, al menos dos terceras partes de la energía de la luz del sol se malgastan y normalmente mucho más.

La tecnología actual de la empresa aprovecha el hecho de que cuando la luz se encuentra con los nanohilos se refracta de tal forma que rebota dentro de la célula solar en vez de atravesarla o salir disparada. Eso aumenta las posibilidades de que se absorba.

Pero lo que Bandgap quiere hacer en última instancia es cambiar la forma en que se convierte la luz en electricidad dentro de la célula. Si los nanohilos se pueden hacer lo suficientemente uniformes, y si se pueden formar de tal manera que sus átomos se alineen en determinados planos, las diminutas estructuras podrían cambiar las propiedades electrónicas del silicio. Estos cambios permitirían a las células solares generar electricidad con luz de baja energía que normalmente solo produce calor, explica Marcie Black, fundadora de la empresa y directora de tecnología. “Esto se lograría, en parte, proporcionando una forma de combinar energía de más de un fotón de luz de baja energía”

Esta tecnología puede tardar aún muchos años en desarrollarse. Para empezar, requiere un control muy preciso sobre las propiedades de cada uno de los millones de nanohilos, además, las técnicas necesarias para fabricar las células solares pueden no ser lo suficientemente baratas o fiables como para producirlas a gran escala. Pero este tipo de células solares podría, en teoría, convertir el 60 por ciento de la energía de la luz del sol en electricidad. Eso es algo que será difícil lograr en la práctica, así que el objetivo de la empresa es un más modesto 38 por ciento de eficiencia, que sigue siendo más del doble que la eficiencia de las células de silicio que se fabrican en la actualidad.

Los investigadores también están siguiendo otros enfoques para producir células solares ultraeficientes, como por ejemplo usar puntos cuánticos o combinar distintos tipos de materiales (ver “Unos nuevos materiales mejoran las células fotovoltaicas”). Sin embargo, la tecnología de nanohilos podría ser más sencilla. “En teoría el método tiene muchas ventajas potenciales, pero hay que lograr que funcione”, afirma Andrew Norman, investigador senior del Laboratorio Nacional de Energías Renovables, cuya sede está en Golden, Colorado (EE.UU.). Bandgap no ha construido aún células usando el método que está desarrollando para largo plazo, pero ha dado pasos indirectos demostrando que sus nanohilos son capaces de cambiar las propiedades electrónicas del silicio. “Seguimos en fase de investigación”, afirma Black.

ENERGIA SOLAR EN EL ESPACIO ¿ES POSIBLE?

Se ha hablado en repetidas ocasiones de que organizaciones como la NASA y científicos tienen la idea de generar energía solar desde el espacio y traerla al planeta tierra mediante una emisión inalámbrica, sucede que fuera de nuestra atmosfera, es decir donde se encuentran los satélites artificiales, la energía que llega del sol es 7 veces más potente.
La realidad es que en un par de años se viene un déficit energético tras el pico de producción de petróleo, y es indispensable encontrar fuentes de energías alternativas, la mejor opción son las renovables que son limpias y no se agotarán.
Entonces, la idea es de en vez de ocupar grandes extensiones de terreno en nuestro planeta para la construcción de parques solares o parques eólicos, es crear una estación espacial que su única tarea sea recoger energía solar desde el espacio y tramitarla de forma inalámbrica al planeta, este es un proyecto real presentado por el ex jefe del Departamento de Tecnologías Innovadoras de la NASA, John C. Mankins.
Pongamos un ejemplo de la capacidad que existe de generación de energía solar en el espacio, un panel solar instalado en el planeta tierra recibe unos 200 watts por metro cuadrado, un panel solar instalado en el espacio, es decir en orbita recibe 1.371 watts por metro cuadrado.
¿Cómo se tramitará la energía?
A través de microondas electromagnéticas o de un laser, luego estas ondas ya en la tierra pueden ser convertidas en electricidad.
Una de las mayores ventajas de la energía solar en el espacio, es apenar que la radiación es 7 veces más fuerte, es que pueden producir energía las 24 horas del día, es decir, en el espacio no hay noche, a cambio de los paneles solare terrestres que no reciben energía durante la noche.
¿Y es posible?
Si lo es, pero no es tan fácil, sobre todo en el aspecto económico, el proyecto presentado que ya les mencione, tendría un costo de 21 millones de dólares, Hiroshi Yoshida, consultor en materias espaciales dejo muy claro que los gastos deben reducirse, para que las estaciones espaciales de generación de energía solar fueran comercialmente viables.
La buena noticia es que todo esta de gane, con el paso del tiempo los paneles solares son mas eficientes, actualmente las celdas solares comerciales no superan el 17% de eficiencia, si se llegara a un 30, se necesitará menos paneles en el espacio, o con el mimo número de paneles se duplicaría la energía generada, entonces podría ser comercialmente viable, también hay que tomar en cuneta todas las perdidas de energía que seguro habrá en el proceso de enviar la energía a la tierra, y luego en la transformación de las ondas a electricidad.

¿SI USO ENERGÍA SOLAR TENGO QUE REDUCIR MI CONSUMO DE ENERGÍA?

No necesariamente, cuando se utiliza energía solar no es indispensable reducir el consumo de energía. Las células solares son muy eficientes y muchas personas utilizan la energía solar prácticamente en todos los aparatos eléctricos.

Normalmente cuando se instalan paneles solares en los hogares, se sigue conectado a la red eléctrica, por lo que el suministro de energía se realiza mediante una combinación de la energía renovable generada por los paneles solares, y el suministro de energía convencional.
Si bien, de esta manera se sigue utilizando la energía derivada de los combustibles fósiles, el consumo se realiza en menor medida.

¿QUÉ ES LA ENERGÍA SOLAR ACTIVA?

La energía solar activa es la captura de la energía del sol y su transformación en energía eléctrica o mecánica.

La base de la energía solar activa es, el uso de tecnologías para transformar la energía. Para el uso de este tipo de energías se requiere de una inversión económica para adquirir el equipo solar que más se adecue a las necesidades personales.
La energía solar activa se divide en:
• Energía térmica.- transforma la energía solar en calor, se utiliza como suministro de agua caliente para uso domestico. Un típico sistema solar térmico se compone de colectores orientados al sur, estos colectores son de color negro para absorber la mayor parte del calor del sol. Este tipo de energía también se utiliza para la calefacción e piscinas.
• Sistemas Fotovoltaicos.- Los paneles solares convierten la luz del sol en energía eléctrica, pueden ser montados en el suelo, pero generalmente buscando una mayor productividad se ubican en los techos de las casas.
El uso de la energía solar activa ayuda a ahorrar en los costos de los servicios como el pago de luz o de gas. Los equipos para el uso de la energía solar son muy resistentes y están diseñados para requerir el menor mantenimiento posible.

ENERGÍA SOLAR, NANOTECNOLOGÍA Y UN COMBUSTIBLE QUÍMICO LIMPIO

 Ya hay resultados preliminares prometedores de un proyecto de investigación y desarrollo encaminado a usar la inmensa energía del Sol para producir un combustible químico limpio, mediante la nanotecnología.

Un equipo de científicos de las universidades de York, Manchester, East Anglia y Nottingham, todas en el Reino Unido, ha encontrado un procedimiento económicamente alentador para producir hidrógeno a partir del agua. Un uso futuro y revolucionario de esta tecnología podría ser la fabricación del combustible para los automóviles energizados por hidrógeno en vez de por combustibles fósiles.

El equipo de Wendy Flavell, Robin Perutz y muchos otros, busca ahora usar la misma tecnología para crear alternativas a otros combustibles y materias primas, incluyendo la conversión del metano en metanol líquido y la del dióxido de carbono en monóxido de carbono.

El potencial del Sol es inmenso. Una hora de luz solar en la Tierra equivale a la cantidad de energía usada en todo el mundo en un año entero. Los paneles solares son el modo más común de aprovechar parte de esta energía solar. En cambio, se ha investigado poco en la otra forma evidente de aprovechamiento, la elaboración de combustibles.

Los paneles solares destinados a producir electricidad a usar en el mismo edificio o para enviar a una red de suministro eléctrico sólo hacen su trabajo en presencia de luz solar, y las baterías que se recargan con electricidad sobrante de los paneles no pueden almacenar suficiente energía como para conseguir un pleno abastecimiento durante las noches y en el invierno.

El objetivo es aprovechar la energía solar para elaborar un combustible utilizando una nanotecnología que imita a la fotosíntesis, el proceso que usan los vegetales para fabricar almidón valiéndose de la energía del Sol. El combustible así obtenido, se podría almacenar para usarlo cuando fuese necesario.

Una hora de luz solar en la Tierra equivale a la cantidad de energía usada en todo el mundo en un año entero.

Para crear el combustible solar, la luz del Sol debe ser empleada en la elaboración de materiales utilizables. El equipo de investigadores de la Universidad de Manchester, trabaja para crear un nanodispositivo solar empleando puntos cuánticos, definibles como átomos artificiales, en este caso de materiales aptos para la absorción de la luz solar y su conversión en electricidad.

Cuando la luz es absorbida y se genera electricidad, ésta se usa, junto con moléculas catalizadoras emplazadas en la superficie de los puntos cuánticos, para elaborar el combustible, por ejemplo hidrógeno si la materia prima es agua.