Torres para energia solar

Torres solares 3D ofrecen hasta 20 veces más potencia que los tradicionales paneles solares planos.

Una nueva dimensión para la energía solar
Innovadores diseños 3D de un equipo MIT pueden recolectar más del doble de la energía solar generada a partir de una determinada zona.
Una investigación intensiva del mundo se ha centrado en mejorar el rendimiento de las células fotovoltaicas solares y bajar su costo. Pero se ha prestado muy poca atención a las mejores formas de organizar esas células, que son normalmente colocadas en forma plana en una azotea o en otra superficie, o a veces conectadas a estructuras motorizadas que mantienen las células señaladas hacia el sol cuando cruza el cielo.

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Ahora, un equipo de investigadores MIT ha llegado con un enfoque muy diferente: construir cubos o torres que s extienden las células solares hacia arriba en configuraciones tridimensionales. Sorprendentemente, los resultados de las estructuras que han probado muestran potencia desde el doble a más de 20 veces la de paneles planos fijos con la misma superficie de base.

La mayor mejora en el poder fueron visto en las situaciones donde más se necesitan mejoras: en lugares lejos del Ecuador, en los meses de invierno y una días. Los nuevos hallazgos, basados en modelado por computadora y al aire libre pruebas de módulos reales, han sido publicados en el diario de ciencia ambiental y energía.

“Creo que este concepto podría convertirse en una parte importante del futuro de la energía fotovoltaica,”, dice el autor principal del libro, Jeffrey Grossman, el Carl Richard Soderberg carrera desarrollo profesor de ingeniería de potencia en el MIT.

El equipo MIT inicialmente utiliza un algoritmo de computadora para explorar una enorme variedad de configuraciones posibles y había desarrollado el software analítico que puede probar cualquier configuración determinada bajo toda una gama de latitudes, estaciones y clima. A continuación, para confirmar las predicciones de su modelo, construido y había probado tres modalidades diferentes de células solares en el techo de un laboratorio MIT edificio durante varias semanas.

Mientras que el costo de una determinada cantidad de energía generada por estos módulos 3D supera de las pantallas planas normales, el gasto es parcialmente equilibrado por una salida de energía mucho mayor para un espacio determinado, así como mucha más potencia uniforme en el transcurso de un día, durante las temporadas del año y ante la obstrucción de las nubes o las sombras. Estas mejoras hacen potencia más predecible y uniforme, lo que podría facilitar la integración con la red eléctrica que con los sistemas convencionales, dicen los autores.

La razón física fundamental para la mejora de la potencia de salida — y para el más uniforme de salida con el tiempo — es que superficies verticales de estructuras 3D puede recopilar mucha más luz del sol durante las mañanas, noches e inviernos, cuando el sol está más cercano del horizonte, dice coautor Marco Bernardi, estudiante de doctorado en el MIT Departamento de ciencia de materiales e ingeniería (DMSE).

El momento es propicio para una innovación Grossman agrega, porque las células solares se han convertido en menos costosas que el acompañamiento de la instalación, cableado y estructuras de apoyo. Como el costo de las celdas sigue disminuyendo más rápidamente que los otros gastos, dicen, las ventajas de los sistemas 3D crecerá en consecuencia.

“Incluso hace 10 años, esta idea no habría sido económicamente justificada porque los módulos cuestan mucho,” dice Grossman. Pero ahora, agrega, “el costo para células de silicio es una fracción del costo total, una tendencia que continuará a la baja en un futuro cercano”. En la actualidad, hasta un 65 por ciento del costo de la energía fotovoltaica (PV) está asociado con la instalación, permiso para uso de la tierra y otros componentes además de las celdas.

Aunque equipo modelado por Grossman y sus colegas mostraron que la mayor ventaja que proceden de formas complejas, como un cubo donde cada cara es dimpled hacia adentro — estos sería difíciles de fabricar, dice coautor Nicola Ferralis, un científico de investigación en DMSE. Los algoritmos también pueden utilizarse para optimizar y simplificar las formas con poca pérdida de energía. Resulta de la diferencia de potencia entre tales formas optimizadas y un sencillo cubo sólo es aproximadamente de 10 a 15 por ciento, una diferencia que es empequeñecida por el rendimiento considerablemente mejorado de 3D formas en general, dice. El equipo analizó tanto más simples formas de acordeón como cúbicas y más complejas en sus pruebas experimentales de la azotea.

En primer lugar, los investigadores estaban angustiados cuando pasaron casi dos semanas sin un día claro y soleado para sus pruebas. Pero luego, mirando los datos, se dieron cuenta que habían aprendido lecciones importantes de los días nublados, que mostraron una gran mejora en potencia sobre pantallas planas convencionales.

Para una torre de acordeón como — la más alta estructura el equipo probado — Grossman, la idea era simular una torre que “podría enviar plana y, a continuación, podría desarrollarse en el sitio”, dice. Esa torre podría instalarse en un estacionamiento para proporcionar una estación de carga para vehículos eléctricos, dice.

Hasta ahora, el equipo ha modelado módulos individuales de 3D. El próximo paso es estudiar una colección de esas torres, contabilización de las sombras una torre sería echar a otros en diferentes momentos del día. En general, las formas 3D podrían tener una gran ventaja en cualquier ubicación donde el espacio es limitado, tales como instalaciones de azotea plana o en entornos urbanos, dicen. Estas formas también podrían utilizarse en aplicaciones de gran escala, tales como granjas solares, una vez que cuidadosamente se minimizan efectos de sombreado entre Torres.

Algunos otros esfuerzos — incluyendo incluso un proyecto de Feria de Ciencias de secundaria el año pasado — han intentado 3D arreglos de células solares. Pero Grossman dice, “nuestro estudio es diferente en la naturaleza, ya que es el primero en abordar el problema con un análisis sistemático y predictivo”.

David Gracias, un profesor asociado de química y de ingeniería biomolecular de la Universidad Johns Hopkins, quien no estuvo involucrado en esta investigación, dice que Grossman y su equipo “han demostrado las pruebas teóricas y prueba de concepto que elementos fotovoltaicos 3D pueden proporcionar beneficios significativos en términos de captación de luz en diferentes ángulos. El desafío, sin embargo, es producir masa estos elementos de manera rentable”.

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