DUPLICAN LA PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LOS PANELES SOLARES

Desarrolladas por ingenieros del MIT, además logran una potencia de salida veinte veces mayor.
Un equipo de ingenieros del MIT (Massachusetts Institute of Technology), en Estados Unidos, ha realizado una importante innovación en el terreno de la energía solar, con el diseño de nuevas células solares fotovoltaicas con configuraciones tridimensionales. Este desarrollo permite producir más del doble de energía por área con respecto a las células solares convencionales, además de lograr una potencia de salida que puede ser veinte veces mayor que la obtenida con los paneles planos.
Estas versiones a pequeña escala de paneles fotovoltaicos en tres dimensiones se encuentran entre los modelos analizados por Jeffrey Grossman y su equipo en una azotea del MIT, con el propósito de medir su producción eléctrica real durante todo el día. Imagen: Allegra Boverman. Fuente: MIT. Una nueva etapa en el desarrollo de la energía solar podría ser protagonizada por el aprovechamiento de células solares fotovoltaicas con diseño 3D, una innovación que permite obtener más del doble de la producción energética conseguida con los dispositivos planos utilizados en la actualidad. El avance ha sido realizado por un grupo de ingenieros e investigadores del MIT.
Hasta el momento, la investigación intensiva en todo el mundo relacionada con la energía solar se ha centrado mayormente en mejorar el rendimiento de las células solares fotovoltaicas y en disminuir su coste. Sin embargo, se ha prestado muy poca atención a la optimización de las formas de organización y diseño de las células solares, que normalmente presentan formas planas.
Pero un equipo de ingenieros e investigadores del MIT han partido de un enfoque muy diferente, y ha desarrollado células solares con configuraciones tridimensionales, con disposición cúbica o en forma de torres. Sorprendentemente, los resultados de las estructuras que se han probado muestran una potencia de salida que puede ser hasta 20 veces mayor que la obtenida con los paneles planos.
Asimismo, la producción energética por área logra como mínimo duplicarse, si se la compara con la generada en los paneles tradicionales, con cifras que superan estos indicadores. El avance ha sido difundido a través de una nota de prensa del MIT, y también en un artículo publicado en el medio especializado Energy and Environmental Science.
Los mayores incrementos en el potencial energético de las células solares se advirtieron en aquellas situaciones donde precisamente las mejoras son más necesarias: en lugares alejados de la línea ecuatorial, en los meses de invierno y en días nublados. Los resultados que dan sustento a esta investigación están basados en modelos informáticos y pruebas de los módulos reales al aire libre.
Según Jeffrey Grossman, líder del grupo de trabajo del MIT, el nuevo concepto podría convertirse en un sector primordial de desarrollo dentro del futuro de la energía solar fotovoltaica. En principio, los ingenieros e investigadores utilizaron un algoritmo informático para explorar una enorme variedad de configuraciones posibles para los paneles y células solares.
De esta forma se creó un software analítico, capaz de probar cualquier configuración dada en virtud de una amplia gama de parámetros, como por ejemplo la latitud geográfica, las estaciones del año o el clima imperante en el lugar donde se operarían las células solares.
Posteriormente, para confirmar las predicciones del modelo informático, se construyeron y probaron tres diferentes disposiciones de las células solares, ubicándolas en el techo de un edificio de laboratorios del MIT durante varias semanas. Es así que se lograron combinar los resultados obtenidos con los modelos teóricos y los alcanzados en la fase experimental.
Aunque el coste de la energía generada por estos módulos 3D es mayor que el registrado en la producción energética de los paneles planos convencionales, el gasto se lograría equilibrar gracias al incremento en la generación de energía por área utilizada, además de la obtención de una potencia de salida mucho más uniforme, tanto a lo largo del día como en las diferentes estaciones del año o frente a variaciones climáticas.
Al mismo tiempo, al obtener una potencia de salida más predecible y uniforme, la integración con la red eléctrica de los paneles solares sería mucho más sencilla que la obtenida actualmente con los sistemas convencionales. La razón básica para la mejora en la producción de energía es que las superficies de las estructuras 3D pueden recoger en mayor medida la luz solar en los momentos más complejos, como por ejemplo en las tardes o durante el invierno.
Según los especialistas, este tipo de innovaciones presenta actualmente un escenario favorable, ya que las células solares se han vuelto más económicas que las propias estructuras de soporte y cableado y que los procesos de instalación. A medida que el coste de las células continúe disminuyendo más rápidamente que los restantes procesos, las ventajas de los sistemas 3D se incrementarán en la misma magnitud.
En la actualidad, hasta un 65% del coste de la energía solar fotovoltaica está asociado a la instalación de los sistemas, el permiso para el uso de la tierra y otros componentes y estructuras, además de las propias células. Las opciones de diseño 3D en los dispositivos fotovoltaicos podrían proporcionar beneficios significativos en términos de captación de la luz solar en diferentes ángulos. El reto, sin embargo, es llegar a producir en masa estos elementos de una manera rentable.

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NUEVA FORMA DE GENERAR ELECTRICIDAD

Hallan una nueva forma para generar electricidad
Lo han conseguido mediante un fenómeno producido en nanotubos de carbono
Un grupo de ingenieros y científicos del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha descubierto una nueva forma para producir electricidad. El proceso se concreta mediante ondas termoeléctricas que generan energía, la cual es transportada a través de nanotubos de carbono. El descubrimiento podría abrir una nueva etapa de estudio y un nuevo campo de investigación en el sector de la energía. Las aplicaciones abarcarían minúsculos dispositivos electrónicos para uso médico o diminutos sensores ambientales, entre otras posibilidades. Por Pablo Javier Piacente.
Este proceso, basado en las potencialidades de los nanotubos de carbono (imagen) y en el arrastre de electrones producido, constituye una nueva forma de generar energía. Imagen: Christine Daniloff / MIT.
Especialistas del MIT han avanzado sobre un fenómeno hasta el momento desconocido. Poderosas y súbitas ondas de energía se producen al cubrir con una capa de combustible un nanotubo de carbono, que a su vez transporta la producción energética mediante el minúsculo tubo. Se trata de una nueva forma de producir electricidad, cuyas aplicaciones concretas aún no pueden definirse, pero que podrían marcar un nuevo sector de especialización en el campo energético. La nanoelectrónica sería en principio el área de mayor aplicación práctica.
La importante novedad fue difundida en una nota de prensa del Massachusetts Institute of Technology, y también fue publicada en los medios especializados Nature Materials y Physorg.com. El proceso fue definido como ondas termoeléctricas, en una investigación dirigida por Wonjoon Choi, un estudiante de doctorado en ingeniería mecánica del MIT.
¿Cómo se concreta este fenómeno?. Al igual que un conjunto de restos y desperdicios pueden viajar por la superficie del océano impulsados por las olas, las ondas térmicas generadas en la superficie de microscópicos hilos de carbono pueden viajar a través de ellos y crear una corriente eléctrica.
El elemento clave en el descubrimiento son los nanotubos de carbono, que han sido objeto de investigación intensiva en todo el mundo durante las últimas dos décadas. Estos tubos, de algunos pocos nanómetros de diámetro, permiten un sinfín de aplicaciones a nivel tecnológico, y ahora podrían constituir una nueva revolución en el campo energético.
Descripción y características del proceso
En los experimentos desarrollados en el marco de la investigación en el MIT, los nanotubos de carbono fueron recubiertos con una capa de un combustible de reacción, capaz de producir calor por descomposición. Este combustible fue encendido en un extremo de los nanotubos utilizando un rayo láser o una chispa de alto voltaje.
Como resultado se obtuvo un rápido movimiento de onda térmica, la cual viaja a lo largo de los nanotubos de carbono a toda velocidad. El calor del combustible ingresa en el nanotubo, donde se transporta miles de veces más rápido que en el propio combustible. Con una temperatura de 3.000 grados Kelvin, el calor viaja a lo largo del tubo con una velocidad 10.000 veces mayor que en una reacción química normal.
El calor producido por la combustión también empuja a los electrones a lo largo de los nanotubos de carbono, creando una corriente eléctrica considerable. El fenómeno es inédito y podría desembocar en el inicio de un nuevo campo de especialización en el sector energético, de aplicaciones técnicas sin límites.
Ya desde los experimentos iniciales realizados por el grupo de investigación, los ingenieros se asombraron de la magnitud del pico de tensión eléctrica resultante luego de encender el revestimiento de combustible en los nanotubos de carbono, lo que llevó a redoblar los esfuerzos para entender al detalle y optimizar este nuevo fenómeno.
Interesantes aplicaciones
La cantidad de energía liberada es mucho mayor que la prevista de acuerdo a los cálculos tradicionales en el campo de las ondas termoeléctricas. Muchos materiales semiconductores pueden producir un potencial eléctrico cuando se calientan, a través del llamado efecto Seebeck, pero esto no funciona en el caso de los nanotubos de carbono.
Puede decirse entonces que aquí se concreta otro tipo de fenómeno, de acuerdo con la explicación de los propios investigadores. Los ingenieros y científicos lo han definido como “arrastre de electrones”, ya que la capacidad de la onda térmica producida para transportar a los electrones a lo largo de los nanotubos de carbono es la propiedad responsable de la alta potencia generada por el sistema.
Aún es complejo predecir exactamente las aplicaciones prácticas que tendrá este descubrimiento. Sin embargo, los especialistas sugieren que una posible aplicación sería el desarrollo de dispositivos electrónicos ultra pequeños, incluso del tamaño de granos de arroz, que podrían emplearse como sensores de tratamiento médico e inyectarse en el cuerpo humano.
Otro campo posible de aplicación sería la fabricación de diminutos sensores ambientales, que podrían estar dispersos como polvo en el aire para analizar diferentes parámetros o condiciones del entorno. Asimismo, los investigadores se encuentran avanzando actualmente en un nuevo paso de este desarrollo, que podría desembocar en la generación de corriente alterna, ampliando así la base de aplicaciones. También se busca mejorar el rendimiento energético del nuevo proceso.