“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.

DIVIDIR LA LUZ EN SUS COLORES PARA EFICIENTAR LOS PANELES SOLARES

Descomposicion de espectro-solar
Aunque has podido observar que mayoría de los productos de la tecnología moderna son cada vez más rápidos, más eficientes y sobre todo, asequibles, te habrás dado cuenta no pasa exactamente lo mismo con los paneles solares, los cuales en su mayoría solo logran una eficiencia del 20 por ciento y siguen siendo un medio caro para producir energía renovable. Luchando contra éste problema, los investigadores el mundo siguen avanzando con la tecnología que ayuda a que la electricidad solar sea asequible y eficiente.
Para que dividir la luz solar en colores
Se informó acerca de las células solares de NREL y Junction Solar, que afirma que son las más eficientes del mundo al alcanzar hasta un 44 por ciento en la escala de eficiencia, y hoy te damos otro dato de una investigación en la misma línea, que tiene como objetivo superar esto, con paneles solares que tengan hasta un 50 por ciento de eficiencia. Es un proyecto, financiado por DARPA, que pretende hacer uso de nanomateriales para dividir la luz del sol en sus colores constituyentes y luego usar materiales solares especialmente diseñados para cosechar un color específico.
Treehugger establece que, para los últimos años los científicos han estado tratando de manipular la luz a pequeña escala para clasificarla por colores, que luego pueden ser atrapados y guiados a un lugar con capas delgadas de materiales. Si bien esta tecnología hace el mismo trabajo, el problema surge cuando la tecnología se amplía. La nueva investigación nos asegura de que las células solares con la división del nanomaterial, alcanzará una eficiencia de hasta el 50 por ciento, incluso a gran escala, al menos en teoría. Aunque la tecnología todavía está en su infancia y que podría llevar años, si no es que décadas, para llegar a un nivel comercial, esto podría permitir que se produjeran paneles solares a precios competitivos y así reducir el costo de la producción de la electricidad solar.
Estaremos atentos a los avances para que todos podamos tener acceso a la electricidad limpia.

PRIMERA CELULA SOLAR DE SILICIO COMPLETAMENTE NEGRA

celda-solar-negraLas células solares convencionales son de color azul y tienen un grado de reflectividad unido con él también, lo que significa que una parte de la luz del sol que golpea el panel, simplemente refleja de nuevo sin que se transforma en electricidad. Para resolver el problema los investigadores de Natcore Technology han llegado con la primera célula solar de silicio completamente negra comercialmente viable, que prácticamente puede convertir el 100 por ciento de la luz solar recibida en electricidad.

La célula solar se basa en el uso de obleas de silicio absolutamente negras, que tienen casi cero reflectividad. Siendo sólo un componente de una célula solar, la oblea no genera electricidad por su cuenta. Para hacerla producir energía renovable, Natcore ha unido fuerzas con National Renewable Energy Laboratory para crear células solares de silicio negro eficientes.

La tecnología absoluto-negro utiliza un proceso químico en lugar de un costoso proceso térmico para alcanzar cerca de cero reflectividad. Con una reducción de diez veces en la reflectividad, las células solares pueden incrementar la eficiencia hasta en un 3 por ciento. Además, la tecnología también ayuda a reducir el costo de las células solares producidas.

CELDAS SOLARES DE PLASTICO

Todos los días la tecnología de la energía solar avanza, con el paso del tiempo esta fuente de energía renovable y limpia será más eficiente y más barata, en la actualidad se está trabajando e invirtiendo en crear celdas solares a partir de plástico.
Lo que se intenta con las celdas solares de plástico es imitar la textura de las hojas, esto se conoce como “biomimetismo”, que consiste en copiar como trabaja la naturaleza y entonces se desarrollan nuevas soluciones que permiten gran innovación en diferentes áreas.
Actualmente las celdas solares son planas y entonces hay dos opciones, o se absorbe la luz solar o rebota, imitando la textura de las hojas que tienen aspecto de canales y curvas, podrían servir como una especie de guía a la luz que no se absorbe de principio y luego ser absorbida.
Actualmente las celdas solares que se encuentran en el mercado están echas de silicio y aunque son más frágiles y mucho más costosas, las de plástico no han logrado poder competir con las de silicio debido a la eficiencia.
La eficiencia máxima que han logrado obtener con las celdas solares de plástico no supera el 10%.

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.

NANOCABLES PARA CÉLULAS SOLARES DE NITRURO DE GALIO E INDIO

Una de las metas de los investigadores que buscan nuevos modos de mejorar la generación de electricidad por medios fotovoltaicos es convertir en electricidad tantas longitudes de onda de la luz solar como sea posible, para lograr la máxima eficiencia, aprovechando así mejor el espacio destinado a paneles solares, ya que los sistemas fotovoltaicos tradicionales sólo usan una pequeña banda de la energía irradiada por el Sol.
Por esta razón, bastantes de estos científicos ven al nitruro de galio e indio como un valioso material para los sistemas fotovoltaicos del futuro. Cambiar la concentración de indio les permite a los investigadores adecuar la respuesta del material para que recolecte la energía solar en diversas longitudes de onda. Cuantas más variaciones se diseñen en el sistema, mayor es la porción del espectro solar que el sistema puede absorber, llevando esto a un incremento de la eficiencia de las células solares. Actualmente, el silicio es el material estándar de la industria fotovoltaica, pero está limitado a la banda de las longitudes de onda que puede “ver” y absorber.
El nitruro de galio e indio sería un buen sustituto, pero hay un problema: Normalmente es producido mediante su formación sobre películas delgadas de nitruro de galio. Como las capas atómicas de nitruro de galio tienen espaciados de retícula cristalina que son distintos a los de las capas atómicas del nitruro de galio e indio, esa discordancia hace aparecer tensiones estructurales que limitan tanto el espesor de la capa como el porcentaje de indio que puede ser agregado. Así, al aumentar el porcentaje de indio agregado se ensancha la banda del espectro solar que puede ser recolectada pero se reduce la capacidad del material para tolerar la tensión estructural.
Jonathan Wierer Jr. y George Wang, de los Laboratorios Nacionales estadounidenses de Sandía, en Nuevo México y California, han comprobado que si a la mezcla de indio se la hace formarse y crecer sobre un conjunto de nanocables dispuestos del modo adecuado, en vez de sobre una superficie plana, las pequeñas áreas superficiales de los nanocables permiten que el estrato de indio del fondo se “relaje” parcialmente a lo largo de cada cable, reduciéndose así la tensión estructural.
Esta relajación ha permitido al equipo crear una célula solar con porcentajes de indio de aproximadamente el 33 por ciento, superior al logrado en cualquier otro intento de crear células solares de esa clase del que se tenga noticia.

PANELES SOLARES SUBACUÁTICOS

Obviamente, a gran profundidad bajo el agua no llega suficiente luz solar como para que un sistema fotovoltaico pueda aprovecharla de manera viable. Pero a pocos metros de profundidad, la luz solar sí puede ser una fuente de energía aprovechable para sistemas fotovoltaicos especiales.
Unos científicos de la División de Ciencia y Tecnología Electrónicas del Laboratorio de Investigación Naval de Estados Unidos, en Washington D.C., han desarrollado celdas o células solares capaces de producir suficiente electricidad para energizar con ella sistemas de sensores electrónicos a profundidades de 9 metros bajo el agua.
Las plataformas de sensores y los sistemas autónomos subacuáticos están severamente limitados por la falta de fuentes de energía de gran resistencia. Hoy en día, estos sistemas dependen del suministro eléctrico procedente de tierra firme, o de baterías o de energía solar suministrada por una plataforma sobre el agua. Los intentos de utilizar la energía fotovoltaica bajo el agua han tenido poco éxito, debido principalmente a la pobre penetración de la luz y a la utilización de células solares optimizadas para el espectro solar disponible fuera del agua.
Sin embargo, tal como explica Phillip Jenkins, jefe de la sección de detectores y sensores de imagen del Laboratorio de Investigación Naval, aunque el agua absorbe la luz solar, el principal desafío técnico es desarrollar una célula solar que pueda convertir con la debida eficiencia estos fotones subacuáticos en electricidad.
Aunque la intensidad absoluta de la radiación solar es menor bajo el agua, el contenido espectral es estrecho y favorece una alta conversión siempre que la célula solar esté ajustada a ese rango de longitudes de onda. Los intentos anteriores para utilizar células solares bajo el agua se centraron sobre todo en células de silicio cristalino y, más recientemente, en células de silicio amorfo.
Las células solares de alta calidad, a base de Fosfuro de indio y galio (GaInP) están bien adaptadas para operar bajo el agua. Tienen una elevada eficiencia cuántica en longitudes de onda entre 400 y 700 nanómetros aproximadamente (luz visible) y también operan bien en condiciones de baja iluminación.
El espectro solar bajo el agua está filtrado de tal modo por ésta que presenta sesgos hacia la parte del azul y el verde del espectro. Eso hace que las células de GaInP, por sus especiales características, funcionen mucho mejor en ese ambiente lumínico que las de silicio convencionales.
Los resultados preliminares a una profundidad máxima de 9,1 metros son de un valor de salida de 7 vatios por metro cuadrado de células solares, suficientes para demostrar que hay energía solar útil que puede obtenerse a profundidades que son típicas por ejemplo de las zonas marinas próximas al litoral.
ncyt

VENTANAS QUE PUEDEN GENERAR ELECTRICIDAD

Jan Willem Wiegman, estudiante de física aplicada, se está graduando en la Universidad de Delft, Holanda, con una investigación muy novedosa sobre ventanas que generan electricidad. Se trata de ventanas con una delgada capa de un material que absorbe la luz solar y la dirige a unas celdas solares ubicadas en el perímetro de la ventana. Su idea es lograr ventanas más eficientes que aporten electricidad barata al hogar.
Vatios por metro cuadrado
Generalmente las ventanas de una casa o edificio suelen estar orientadas para recibir el sol, ya que apuntan a iluminar el interior durante el día. Por eso, tanto las ventanas como las fachadas de edificios y hogares, suelen ser objeto de quienes quieren aprovechar la energía solar.
Las ventanas solares están compuestas por una película transparente que forma parte de la ventana, de un material luminiscente que absorbe la luz solar y la guía hacia los colectores solares ubicados en los marcos de la ventana, que la convierten en electricidad.
Estos concentradores solares son capaces de generar docenas de vatios por metro cuadrado. La cantidad exacta que pueda producir dependerá del color y la calidad de la película encargada de absorber la luz del sol.
La investigación de Wiegman se centró sobre los materiales más eficientes y estudió la relación entre el color de la película capturadora de luz y la potencia máxima que se podría generar.
Por ahora estos dispositivos están en etapas experimentales, apenas si logran una eficiencia del 2%. El máximo que se ha conseguido es de 20 vatios por metro cuadrado, por lo que para que, por ejemplo, pueda alimentar de electricidad a la computadora, la ventana debería medir cuatro metros cuadrados, y tener una buena cantidad de luz solar. Pero la eficiencia aumenta si la película capturadora puede absorber más partículas de luz. Esto puede lograrse, según ha investigado Wiegman, al usar una película que pueda captar partículas de una cierta parte del espectro de luz solar.
Algunos ejemplos
Por ejemplo, una lámina que pueda absorber la luz azul, la violeta y la verde, le daría a la ventana un color rojo. Otra opción sería que la lámina pueda captar las partículas de todo el espectro solar de una forma equitativa, lo que le daría un tinte gris a la ventana. Estas dos son las configuraciones más eficientes, según pudo estudiar Wiegman, llevando la eficiencia a un 9% que es bastante, ya que es la de los paneles solares flexibles actuales. También descubrió que si la superficie de la lámina en sí, es suave, pulida, transportará con más eficiencia las partículas de luz al perímetro de la ventana.
En Europa está creciendo cada vez más la demanda de edificios lo más autosuficientes que se pueda en materia de energía. Las ventanas solares son una forma más de explotar el potencial generador de un edificio, y sin duda darán que hablar en los próximos años.
Sustentator.com

7 MATERIALES QUE COMPONDRÁN LAS BATERÍAS DEL FUTURO

Hidrógeno, papel, luz solar… la comunidad científica lo está intentando todo para mejorar los sistemas de carga actuales.
A partir del momento en el que los dispositivos móviles adoptaron la etiqueta de “inteligente”, sus dueños comenzaron a gozar de unas capacidades de computación y conectividad que con los antiguos terminales eran inimaginables. Pero al mismo tiempo, tanto la comunidad de usuarios como los fabricantes se han dado de bruces con el persistente problema de la duración de la carga en las baterías. Si hace unos años un teléfono podía utilizarse para realizar llamadas y enviar mensajes durante días sin necesidad de enchufarlo a la red eléctrica, ahora lo más común es que la resolución de las pantallas, las tecnología 3G/4G y demás avances tecnológicos agoten las pilas en cuestión de un sólo día.
Esto no significa que los científicos se resignen y acepten la situación, ni mucho menos. En Silicon News recogemos algunas de las investigaciones más curiosas en materia de baterías:
1. Hidrógeno. Uno de los proyectos que más publicidad está recibiendo tiene el sello de Apple y consiste en alimentar los iPhone (y los ordenadores portátiles de la manzana mordida) con células combustibles de hidrógeno. Todavía en forma de documento pendiente de aprobación por la Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos, el sistema concibe una pieza que dura semanas sin necesidad de recarga gracias a la conversión de hidrógeno y oxígeno en energía hidroeléctrica. Este tipo de tecnología no es del todo novedosa ya que está siendo utilizada como fuente energética para vehículos, pero es la primera vez que se diseña su implementación en máquinas de dimensiones reducidas. Además de mejorar la durabilidad, las baterías de hidrógeno permitirían desechar sustancias tóxicas, serían más respetuosas con la naturaleza y adelgazarían los gadgets en cuestión.
2. Luz solar. Vinculado con el objetivo de sostenibilidad, un equipo de la Universidad de Cambridge está colaborando con la empresa Ignis Innovation en la producción de electricidad mediante la luz del sol. Hasta ahí nada llamativo. Pero es que su intención es aprovechar la superficie de las pantallas OLED para alojar un sistema de generación de energía fotovoltaico e “híbrido”, basado tanto en los rayos que recibe el dispositivo como en la propia luminosidad que desprende el panel. Y, en resumen, convertir en fortaleza la desventaja de las grandes pantallas en cuanto a consumo. Se calcula que actualmente el 64% de la luz generada por una pantalla de diodos orgánicos se escapa por los bordes de la misma y no puede ser utilizada para la visualización de imágenes. En cambio, el prototipo alternativo coloca una membrana de film de silicio que genera electricidad y la transfiere a la batería, alargando los tiempos entre recargas.
3. Silicio. El silicio es clave en otra investigación comandada por los científicos estadounidenses de la Universidad de Northwestern. Éstos de momento han logrado multiplicar por diez la capacidad y la velocidad de la recarga de las baterías de litio perforando las hojas de grafeno con agujeros microscópicos y permitiendo que los iones tomen un atajo a la hora de desplazarse. Y sobre todo, se han dedicado a sobrepoblar la zona comprendida entre estas hojas con grupos de silicio en lugar de carbono porque este material es hasta 24 veces más eficiente. ¿La consecuencia inmediata? Tiempos de recarga de unos 15 minutos durante los primeros 1.500 ciclos. A partir de ahí la mejora perdería 5 veces su eficacia, aunque la última palabra en materia de nanotecnología todavía no está dicha.
4. Papel. Otro conjunto americano, esta vez del Instituto Politécnico Rensselaer, en Nueva York, ha desarrollado una estructura molecular para almacenaje de energía que está compuesta de celulosa en un 90%. El 10% restante la conforman nanotubos de carbono que asumen el papel de electrodos y permiten conducir la corriente. En apariencia es una batería ultraligera, delgada y completamente flexible que se puede enrollar, doblar o cortar sin perder su capacidad generadora. O, en otras palabras, es un dispositivo que se ve, se siente y pesa como el papel. También se puede montar en forma de pila de páginas o folios para aumentar su potencia y es capaz de soportar temperaturas extremadamente altas y bajas: entre los 150 y los menos 38 grados centígrados.
5. Mioinositol. Obtenible a partir de recursos orgánicos, como el maíz, el mioinositol es un material que no necesita recurrir a disolventes tóxicos durante su fabricación y que se utiliza en el compuesto electroquímico activo Li2C6O6. Esta sal producida mediante química verde posee buena estabilidad térmica y una capacidad de almacenamiento reversible de unos 580 mAh/g para una densidad de 1300 Wh/kg de material activo. Y está siendo foco de estudio en la francesa Universidad de Picardía Julio Verne como posibilidad plausible para introducir materia orgánica procedente de la biomasa en la fabricación de electrodos.
6. Virus. En la Universidad de Maryland ha ido un pasito más allá y han reconducido las propiedades del virus del mosaico del tabaco o TMV, que por lo normal infecta plantas manchando sus hojas, para labores más positivas. Concretamente lo han introducido dentro de las células de litio de las baterías convencionales con el objetivo de incrementar su superficie y así estirar su promesa de vida unas diez veces o hasta el mes entero de duración. Dado que el agente infeccioso muere durante el proceso, no existe ninguna posibilidad de contaminación vírica posterior ni riesgo para la salud del usuario.
7. Refresco de cola. Por último pero no menos llamativo, la diseñadora china Daizi Zheng ha ideado un teléfono que funciona con el batiburrillo de azúcar, café y caramelo que son las bebidas de cola. El primero de los tres elementos es el que permite ejecutarse a su batería biológica, mientras las enzimas actúan como catalizador para convertir rápidamente el refresco en “carburante”. Al parecer este invento tiene potencial suficiente como para durar tres o cuatro veces más con una sola carga que las baterías de hoy en día, con la ventaja de que es totalmente biodegradable.
Siliconnews.es

PANEL SOLAR EN FORMA DE CONO Y GIRATORIO

 Cuando se trata de energía solar, los avances de la tecnología no paran, y sobre todo cuando se trata de eficiencia, limitaciones y almacenamiento de energía.

Se conocen los típicos paneles solares que están en el mercado y otros que son innovaciones que aun están en fase de prueba como los panales solares, cúbicos, cilíndricos o los flexibles.

En esta ocasión la empresa V3Solar, presentó un nuevo panel solar con un sistema cónico y al mismo tiempo giratorio. Según la empresa este nuevo concepto de captación de Energía solar es 4 veces más eficiente que los panales convencionales y están fabricados con 75% menos de silicio por lo tanto son menos contaminantes.

Son conos giratorios cubiertos de lentes especiales que dirigen la luz solar hacia su base circular que es la que está recubierta de silicio, gracias a su forma geométrica puede captar desde los primeros rayos del día hasta los últimos y en cualquier época del año.

Sabemos que el calor en exceso es un gran enemigo para la larga vida y eficiencia de los panales solares, este sistema cuenta con un sistema de auto enfriamiento, cabe también destacar que al girar no hace ruido.

Es el primer panel solar giratorio que vemos, Mide 1 m de alto por 1 m de ancho y produce 1 kWp de electricidad, puede ser usado en parques solares o en los hogares.

V3Solar ya ha construido su prototipo y ahora está siendo sometido a pruebas de eficiencia y funcionamiento para perfeccionarlo.