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Torres Solares en 3D son 20 Veces Mas Eficientes

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Dos versiones a pequeña escala de paneles fotovoltaicos en tres dimensiones se encontraban entre los ensayados por Jeffrey Grossman y su equipo en una azotea del MIT para medir su producción eléctrica real durante todo el día. Foto: Allegra Boverman

Una nueva dimensión para la energía solar
Innovadores diseños en 3-D de un equipo del MIT puede más del doble de la energía solar generada a partir de un área determinada.

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Uno de los principales problemas de la implementación a gran escala de la energía solar es su baja densidad energética, por lo que para conseguir una cantidad de energía realmente aprovechable se requieren de muchos metros cubiertos con celdas solares o paneles fotovoltaicos. Un panel plano detrás de otro y con escasa exposición al Sol no ayuda mucho, y así como en lo audiovisual, el 3D viene a superar el 2D. El MIT mostró sus torrens solares 3D, con paneles que dispuestos en racks, logran una producción de energía entre 2 y 20 veces mayor a las configuraciones convencionales.

Desde hace tiempo, científicos e ingenieros reformulan sus estrategias a la hora de pensar en la energía solar como una alternativa que pueda ser eficiente en el corto plazo debido lo comentado en el sumario: costo/beneficio. En base a este cambio de pensamiento, hemos visto menos modificaciones sobre la composición de los paneles y más avances sobre la forma de estos o sobre cómo se instalan. Desde los que se disponen en el agua para aprovechar los lagos y los que se orientan como la cara de un girasol para sacarle el máximo provecho a los heliostatos hasta los paneles solares 3D del MIT, que ahora los ha mostrado con resultados sobre su eficiencia.

Investigacion:

torre solar zig zag

La investigación intensiva en todo el mundo se ha centrado en mejorar el rendimiento de las células solares fotovoltaicas y bajando su costo. Pero muy poca atención se ha prestado a las mejores formas de organización de las células, que se colocan generalmente plana en una azotea o en otra superficie, o, a veces unidos a estructuras motorizadas que mantienen a las células apuntadas hacia el sol, ya que cruza el cielo.

Ahora, un equipo de investigadores del MIT ha llegado con un enfoque muy diferente: la construcción de cubos o torres que se extienden las células solares al alza en las configuraciones tridimensionales. Sorprendentemente, los resultados de las estructuras que han probado de salida muestran el poder que van desde doble a más de 20 veces la de paneles planos fijos con la misma área de la base.

Los mayores aumentos en el poder se observaron en las situaciones donde más se necesitan mejoras: en lugares alejados de la línea ecuatorial, en los meses de invierno y en días nublados. Los nuevos hallazgos, basados ​​tanto en modelos informáticos y las pruebas al aire libre de los módulos reales, han sido publicados en la revista Energía y Ciencias Ambientales.

“Creo que este concepto podría convertirse en una parte importante del futuro de la energía fotovoltaica”, dice el autor principal del artículo, Jeffrey Grossman, el Profesor Asociado Carl Richard Soderberg Desarrollo de Carrera de Ingeniería de energía en el MIT.

El equipo del MIT utiliza inicialmente un algoritmo de computadora para explorar una enorme variedad de configuraciones posibles, y desarrolló software analítico que puede probar cualquier configuración dada bajo un amplio rango de latitudes, las estaciones y el clima.Entonces, para confirmar las predicciones de su modelo, que construido y probado tres modalidades diferentes de células solares en la azotea de un edificio de laboratorio de MIT durante varias semanas.

Mientras que el coste de una determinada cantidad de energía generada por tales módulos 3-D supera a la de los paneles planos ordinarios, el gasto es parcialmente balanceado por una producción de energía mucho más alta para una huella dada, como salida así como mucho más uniforme de energía en el transcurso de un día, a lo largo de las estaciones del año, y de cara a la obstrucción de las nubes o sombras. Estas mejoras hacen que la potencia de salida más predecible y uniforme, lo que podría hacer que la integración con la red de energía más fácil que con los sistemas convencionales, dicen los autores.

La razón física básica para la mejora de la producción de energía – y por la salida más uniforme en el tiempo – es que las superficies verticales de las estructuras 3-D ‘pueden recoger más luz solar durante las mañanas, tardes y los inviernos, cuando el sol está más cerca del horizonte , dice el co-autor Marco Bernardi, un estudiante graduado en el Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería del MIT (DMSE).

El tiempo está maduro para tal innovación, Grossman añade, porque las células solares se han vuelto menos caro que acompaña a las estructuras de soporte, cableado e instalación.Como el costo de las propias células sigue disminuyendo más rápidamente que estos otros costos, dicen, las ventajas de los sistemas 3-D crecerá en consecuencia.

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

Aunque modelado por ordenador por Grossman y sus colegas mostraron que la mayor ventaja vendría de formas complejas – como un cubo, donde cada cara está hoyuelos hacia adentro – éstas serían difíciles de fabricar, dice el co-autor Nicola Ferralis, científico investigador en DMSE. Los algoritmos también pueden ser utilizados para optimizar y simplificar formas con poca pérdida de energía. Resulta que la diferencia de potencia entre tales formas optimizadas y un cubo más simple es sólo un 10 a 15 por ciento – una diferencia que está eclipsada por el rendimiento mejorado en gran medida de las formas en 3-D en general, dice. El equipo analizó las dos formas más simples cúbicos y más complejas de acordeón en sus pruebas experimentales de la azotea.

Al principio, los investigadores fueron angustiados cuando casi dos semanas pasaron sin un día claro y soleado para sus pruebas. Pero entonces, mirando a los datos, se dieron cuenta de que habían aprendido lecciones importantes de los días nublados, que mostraron una gran mejora en la producción de energía sobre paneles planos convencionales.

Para una torre de acordeón – la estructura más alta del equipo de prueba – la idea era simular una torre que “usted podría enviar plana, y luego podría desarrollarse en el lugar”, dice Grossman. Una torre de este tipo podría ser instalado en un estacionamiento para proporcionar una estación de carga para vehículos eléctricos, dice.

Hasta el momento, el equipo ha modelado módulos 3-D individuales. Un siguiente paso es estudiar una colección de esas torres, que representan las sombras que una torre se ponen en los demás en diferentes momentos del día. En general, las formas 3-D podrían tener una gran ventaja en cualquier lugar donde el espacio es limitado, tales como instalaciones de la azotea plana o en entornos urbanos, dicen. Tales formas también podrían utilizarse en aplicaciones a gran escala, tales como parques solares, una vez efectos de sombreado entre torres se minimizan cuidadosamente.

Algunos otros esfuerzos – incluyendo incluso una feria de ciencias proyecto el año pasado de secundaria – han intentado acuerdos en 3-D de las células solares. Pero, Grossman dice, “nuestro estudio es de naturaleza diferente, ya que es el primero en abordar el problema con un análisis sistemático y predictivo.”

David Gracias, profesor asociado de ingeniería química y biomolecular de la Universidad Johns Hopkins, que no participó en esta investigación, dice que Grossman y su equipo “han demostrado teórica y una prueba de concepto de evidencia de que elementos fotovoltaicos en 3-D podrían proporcionar beneficios significativos en términos de la captura de la luz en diferentes ángulos. El reto, sin embargo, es la producción masiva de estos elementos de una manera rentable “.

Fuente: Noticias MIT

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