La coherencia cuántica plantea una revolución en la eficiencia de los paneles solares

La eficiencia energética de los paneles solares es por ahora muy limitada, y aunque en el caso de los grandes concentradores se logran eficiencias de cerca del 50%, los paneles solares no superan el 23% de eficiencia de forma sostenida. Buena parte de la energía solar se pierde en forma de calor debido a las ineficiencias termodinámicas inherentes al proceso de conversión de energía de un tipo al otro.

Sin embargo un grupo de científicos de la Universidad de Bayreuth en Alemania han logrado desarrollar un sistema de conducción de la energía que muestra una pérdida casi nula en ese proceso de conversión y que podría ser toda una revolución para el proceso de conversión en los sistemas de recolección de energía solar.

Este sistema ha demostrado esa eficiencia casi perfecta al transportar energía en una serie de módulos de nanofibras que tienen una longitud total de pocos micrómetros a temperatura ambiente. Los experimentos iniciales muestran que la transferencia de energía de un bloque a otro de las nanofibras es especialmente eficiente gracias al principio de coherencia cuántica.

En este fenómeno las ondas subatómicas se entrelazan a través de campos electromagnéticos compartidos, y al compartir la fase comienzan a actuar como una única onda síncrona mucho mayor que se propaga a través de determinado medio. El Dr. Richard Hildner, uno de los físicos implicados en el descubrimiento, afirmaba que "estas prometedoras nanoestructuras demuestran que confeccionar cuidadosamente materiales para el transporte eficiente de la energía lumínica es un campo de investigación emergente".

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Cinestav desarrolla celdas solares más eficientes gracias al galio

La energía solar será una de las mejores fuentes de energía alternativa cuando se logre un precio justo por una celda cuya conversión de energía sea altamente eficiente. Estos son dos problemas que se han estado estudiando durante varios años para poder llevarla a más personas.

En el Centro de Investigación y Estudios Avanzados (Cinestav) se ha estado trabajando con una patente nacional para encontrar un método en el que se obtengan películas de nitruro de galio a partir de arseniuro de galio que ayude a fabricar celdas solares de alta eficiencia. El equipo de investigadores ha colaborado bajo el liderazgo del Dr. Víctor Sánchez Reséndiz, quien lleva 10 años estudiando este metal.

Según los investigadores, el galio mejora considerablemente las condiciones de funcionamiento de las celdas solares. Es un metal que ya se ha utilizado antes en la producción de semiconductores o diodos de pantallas LED. El tipo de materiales derivados del galio que han estado utilizando captan el máximo de radiación solar y esto hace que los beneficios durante la conversión a electricidad sean mayores.

El Dr. Sánchez comenta que: “en la radiación solar se identifica por colores azul, rojo y verde. Este último es donde se tienen los picos de energía calorífica, y es el que un panel de nitruro de galio o nitruro de galio-indio aprovecha al máximo para convertirla en la mayor cantidad de electricidad”

Para obtener la película de nitruro de galio se requieren temperaturas de casi mil grados centígrados y emplean materiales con un manejo especializado, esto eleva el costo de producción de estas celdas solares supereficientes. Lo ideal sería llevar esta aplicación del galio a la industria ya que el Cinestav domina la calidad cristalina de este material.

Muchas empresas trabajan actualmente con celdas solares que si bien son un poco más económicas que las de galio, su eficiencia de conversión es pobre. Las celdas de silicio, por ejemplo, tienen un 20% de eficiencia, las de nitruro de galio y arseniuro de galio son mucho más eficientes así que el retorno de inversión se daría a mediano plazo.

El Dr. Sánchez cree que hay un muy buen futuro para la energía solar pero se necesita que las energías alternativas tengan mucho más apoyo en México a través de políticas que impulsen la investigación y aprovechamiento de la tecnología verde.

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Electric Duck, un pato gigante para abastecer de electricidad a Copenhagen

Muchas veces los objetos artísticos se conciben como un fin en sí mismo: el placer estético, contemplarlos. Sin embargo, el arte no está desligado de lo funcional, como con aquellos bancos de Boston, y un equipo de artistas y diseñadores británicos quiere demostrarlo en Copenhage con una singular escultura flotante.

Bajo la forma de un eider (una especie de pato de los mares del norte) nos encontramos con un objeto que flotará en las aguas de Copenhage con una misión muy sencilla:convertir la radiación solar en energía eléctrica a través de los paneles que simulan el plumaje de este animal.

Arte y tecnología para transformar energía

La energía se almacena en la tripa del ave y cuando llega a su tope de capacidad el pato empieza a descender para llenarse de agua y exportar la energía a la corriente de la ciudad utilizando una hidroturbina. Cuando se ha terminado de realizar el volcado, los paneles ayudan a subir la escultura a la superficie para sacar el agua del interior realizar el proceso de nuevo.

No todo el interior del pato se inunda ya que sus creadores quieren usar la parte superior como un espacio al que las personas puedan acceder para ver la escultura por dentro. De momento está en desarrollo pero sus creadores afirman que la idea es llevarlo a cabo este año y conseguir un rendimiento en las placas del 75%.

Lo interesante de este proyecto es que la tecnología es escalable. Según sus creadores, un pato de 40 metros de alto serviría para abastecer con energía a un pueblo, uno de 20 a una villa y si tuviera el tamaño de 4 metros sería suficiente para que una casa individual funcionara sin problemas.

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Pintura de células solares permitiría obtener electricidad desde cualquier superficie

Desde hace mucho tiempo han existido experimentos para producir una pintura que permita obtener electricidad con tan solo usarla en techos y otras superficies expuestas a la luz del Sol. El problema es que aunque se han conseguido resultados positivos, el nivel de eficiencia ha quedado en niveles de alrededor del uno por ciento. Esto podría cambiar con un nuevo método desarrollado por científicos de la universidad de Sheffield, en el Reino Unido, que han conseguido obtener un 11 por ciento de eficiencia con una capa de pintura de perovskita de tan solo un micrómetro.

La perovskita no es un componente nuevo, ya que fue descubierto hace unos 170 años, y se trata de un metal cristalino formado por un trióxido de calcio y titanio. Además, ya se había pensado que podía utilizarse para transformar la luz solar en electricidad, pero no es sino hasta ahora que se han conseguido niveles de hasta un 19 por ciento de eficiencia en condiciones ideales. Eso podrá parecer poco, pero debemos tomar en cuenta que estas son solo pruebas iniciales y las células de silicio usadas actualmente en paneles solares tienen una eficiencia de un 25 por ciento.

El futuro es prometedor, porque todavía hay espacio suficiente para mejorar las técnicas, y se estima que el Sol produce energía necesaria para proporcionar toda la electricidad que necesitamos los humanos actualmente. El problema es que no sabemos recolectar esa luz correctamente; a pesar de eso, se piensa que si llegamos a tener una pintura relativamente eficiente, que pueda usarse en techos de casas y edificios, y hasta en automóviles, y prácticamente cualquier dispositivo, podrías cambiar drásticamente los sistemas de producción eléctrica.

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La factura de la luz (cómo cobran la energía eléctrica)

¿Por qué sube la factura de la luz? ¿Cómo funciona la tarifa?

Viendo anoche La Sexta Noche recordé un artículo muy interesante que había leído no hacía mucho tiempo y quiero rememorar para que podáis leerlo.

Como bien explicaron anoche, a continuación se trata el tema y precios del mercado, las tasas y ajustes de precios por transporte, subvenciones y demás van a parte.

¿Son tan malas las nucleares como nos las quieren vender? No, lo que existe es una gran ignorancia por parte de la gente y mucho escepticismo.

¿Tienen las renovables futuro? Claro que sí. De hecho, son el futuro. Pero en este país, España, como casi todo lo que tiene que ver con nuevas tecnologías, se ha hecho mal. 

¿Energía a coste cero? Las renovables lo pueden conseguir pero seguiremos pagándola El Mercado Eléctrico de Australia funciona de forma similar al español: existe un mercado mayorista común a donde llega toda la energía producida independientemente de su fuente (renovable, nuclear... a fin de cuentas, no deja de ser energía). Las compañías comercializadoras, que se encargan de llevar la electricidad hasta los hogares de los consumidores, acuden a él para participar en las subastas diarias y adquirir dicha energía. El precio que pagan estas empresas depende, lógicamente, de la oferta de energía disponible y la demanda que procede de los consumidores. Por eso, suele ser habitual que por la noche, mientras la gente duerme, el precio caiga. Por el día abren las oficinas y las personas ya están despiertas utilizando electrodomésticos en sus hogares, así que la demanda sube (y el precio, por tanto, también). Sin embargo, el pasado 1 de julio, en la región australiana de Queensland se vivió por primera vez una situación poco habitual por el día: el precio se desplomó por debajo de cero. Así funciona el pool eléctrico Antes de entrar en materia, es preciso describir brevemente cómo funciona el 'pool' eléctrico, tanto en España y en Australia como en otros países. Los distintos de generadores de energía acuden a un mercado mayorista para subastar su energía producida. La nuclear y la hidráulica son las primeras en entrar a esta subasta, ya que ofertan la energía a precio cero (por su baja capacidad de parada y porque ya están amortizadas). Después entran las renovables, que también conllevan coste cero (a fin de cuentas, esa energía que ofrecen no se almacena y si no se perdería). Finalmente, entran el resto de centrales, como las de gas o carbón. Son éstas últimas las que fijan el precio. En Energía Oscura lo explican con el siguiente ejemplo: "En un día normal, una nuclear, una hidráulica o una eólica ofertan a cero pero, si la última central de gas necesaria para satisfacer la demanda oferta a 50 euros por Megavatio hora (€/Mwh), la nuclear, la hidráulica y la eólica recibirán también 50€/Mwh" Es decir, aunque se diga que tanto nucleares como hidráulicas y renovables entran al 'pool' a coste cero, esto no significa que cedan gratis su energía, sino que aceptan el precio que determine la subasta (marcado por la última oferta aceptada). La siguiente imagen de Oeko-Institut e.V. explica lo que ocurre en Alemania (similar a España) de forma gráfica: en el eje horizontal se refleja la demanda que hay que cubrir y ,el vertical, el precio. Conforme nos vamos desplazando hacia la derecha, el precio sube ya que vamos cambiando de fuente de energía. Según hemos visto, puede darse el caso que la demanda sea satisfecha con energía nuclear, energía hidráulica y energías renovables, todas ellas de coste cero. En estos casos se "expulsa" de la casación a las centrales tradicionales de carbón cuya energía sí se vende por un coste. ¿Energía a coste cero o incluso negativo? Puede darse la situación en la que, según el gráfico de arriba, toda la demanda se cubra con energía renovables (en verde). En ese caso, y en Alemania, tendríamos coste cero. En España y otros países, como Australia, la energía nuclear y la hidráulica también tienen coste cero, por lo que puede ser más habitual. Al final se coge toda la demanda y se comienza a "rellenar" con lo que ofrecen las distintas fuentes, escogiendo primero aquellas cuyo coste es más barato (como decíamos, la nuclear, hidráulica y las renovables normalmente). Si no hace falta recurrir a centrales de otro tipo, llegaríamos al coste cero. ¿Cómo puede existir un precio negativo? Este hecho en sí no es algo extraordinario: ocurre cuando, en algunos países (no todos lo aceptan), la demanda es baja y a las compañías que inyectan electricidad a la red eléctrica les sale más rentable pagar a alguien para que se lleve su propia energía que cerrar las plantas y dejar de producir. Esto suele pasar en días señalados (por ejemplo, en Navidad en algunos países) o, principalmente, por las noches. Cuando la gente duerme es normal que la demanda sea mínima. A las centrales que funcionan con carbón, una de las principales fuentes de energía, les sale más rentable derivar la energía a otra región o país o, cuando no queda otro remedio, pagar a otros para que se la lleven. Entonces, si esto es normal, ¿por qué estamos hablando de ello aquí? Si os fijáis, hemos comentado que es normal que ocurra por las noches, pero lo que ya no es habitual es que el precio caiga por debajo de cero en pleno día. Bajo estas líneas os dejamos una gráfica que publican en Renew Economy y en la que se puede apreciar, en verde, la demanda de energía entre el 1 y el 2 de julio en Queensland. En rojo aparece el precio. Entre las 2.00 y 4.00 de la madrugada alcanzó el cero, algo habitual, pero lo inusual es que entre las 14.00 y las 15.00 de la tarde no sólo haya bajado hasta cero de nuevo sino que llegó a alcanzar los -100 dólares por MWh. Gráfica 1: Demanda de electricidad en Queensland (en verde) y precio de la misma en el mercado mayorista (en rojo). La energía solar, una de las causas Para entender lo que ha ocurrido en Queensland es necesario echar un vistazo a cuál es la configuración energética de la región. Se calcula que, en la parte sur, más de 4.000 nuevos hogares al mes solicitan instalar placas solares en sus tejados. No estamos hablando de grandes terrenos cubiertos por estas placas, sino de cada vez más particulares que quieren aprovechar energías renovables. La red Energex, que opera en el sur de esa misma región, cuenta ya con más de 261.500 miembros (tanto hogares como negocios). Es decir, cada vez hay más instalaciones solares inyectando su energía sobrante a la red eléctrica para que después sea subastada junto al resto. La consecuencia de todo esto se refleja en la siguiente gráfica, donde vemos cómo a las 11.45 de la mañana, la energía procedente de instalaciones solares alcanzó el 60% de su capacidad. Lógicamente, cuando más da el sol, de más energía solar se dispone. Gráfica 2: Producción de energía solar en Queensland (azul) Nos trasladamos a España para ver otro ejemplo obtenido de la aplicación que permite ver, a tiempo real, la demanda en la Red Eléctrica Española. Demanda de energía eléctrica en España 4.30 de la madrugada: sólo el 2,8% de la energía total es energía solar, con 639 MW. 12.10 del mediodía: el 15,1% del total de la energía eléctrica es energía solar, con 5011MW. Volviendo a Australia, el incremento en la oferta de energía producido por las renovables (que en la gráfica 2 se representaba en azul) coincide con una bajada temporal en la demanda (línea verde de la gráfica 1). ¿Por qué este descenso en la demanda? Porque ha coincidido en un día en el que no es necesario ni calefacción ni aire acondicionado, justo después del pico de demanda que existe por las mañanas cuando la gente se despierta. Esto, junto al máximo de la oferta solar, ha hecho que se desplome el precio por no existir una suficiente demanda. Una situación que lleva tiempo gestándose En 2010, el 'pool' eléctrico en España registró 200 horas a precio cero, todo un récord por aquella época. Cinco Días se hacía eco de este hecho y explicaban la situación así: "¿Por qué se produce esta situación? Los expertos consultados lo achacan a la coincidencia de dos factores: por un lado, el derrumbe de la demanda, que ha provocado que las energías más caras (el gas y el carbón, que eran las que marcaban el precio marginal) no lleguen a casar en el pool y, por otro, la abundancia de agua y viento, que se ha traducido en un gran volumen de producción renovable (eólica, esencialmente) e hidráulica." ¿Significa esto que cuando un generador no vende energía no cobra nada? No. En España, percibirían el precio medio diario de las 24 horas. ¿Y el consumidor? ¿Por qué no nos sale más barata entonces la energía? La Asociación Empresarial Eólica (AEE) lo explicaba así a comienzos de año: "De esta reducción de los precios del 'pool' no se benefician directamente los consumidores domésticos (la mitad de su factura se fijaba, hasta la fecha, según la subasta CESUR y ahora se encuentra a la espera de la reforma del sistema que plantea el Gobierno), pero sí los grandes consumidores industriales que acuden al mercado mayorista" "La energía solar ha ganado al carbón" A consecuencia de lo que ha ocurrido en Australia, aparecía ayer un artículo en The Guardian titulado "La energía solar ha ganado. Incluso aunque la energía procedente del carbón fuese gratis de producir, las centrales no podrían competir". Si bien la energía procedente del carbón no es cara, lo que realmente la encarece son los costes de distribución. Siguiendo el ejemplo del diario británico, suponiendo que quemar carbón fuera un proceso gratuito (tanto las materias como el mantenimiento, etc.) a pesar de todo esta energía costaría unos 19 céntimos por kWh en concepto de distribución. Si hablamos de energía solar, este coste oscila entre 12 y 18 céntimos por kWh. Es decir: aunque el carbón fuera gratis, sería más rentable comprar energía solar. La conclusión del artículo es demoledora: "incluso en una democracia de energía, el carbón gratis no tiene valor". Original

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Proyecto en Indiegogo busca financiar carreteras con paneles solares y luces LED

El dúo de ingenieros Scott Brusaw y Julie Brusaw han levantado un interesante proyecto llamado "Solar Roadways", el que pretende reemplazar todo el concreto que está en los sitios públicos por paneles solares, los que se integran a piezas hexagonales que se pueden colocar como baldosas sobre carreteras, aceras, plazas y muchos otros lugares.

Son varios los puntos importantes que la pareja destaca de su tecnología, siendo lo más relevante el hecho de que los paneles solares serían capaces de otorgar energía a los automóviles eléctricos en la carretera, además de servir para encender sus propia iluminación LED integrada que permite delinear señales de tránsito en el camino y en definitiva, hacer parecer las calles como si fueran del futuro.

Además los paneles son sensibles a la presión, resultando útil para advertir a los conductores sobre derrumbes más adelante en el camino o bien el tránsito de animales en la vía, lo que sería alertado previamente mediante la iluminación LED. Y la superficie está hecha de un material que otorga tanta firmeza como el asfalto en neumáticos, además de ser capaz de calentarse para derretir nieve y hielo, evitando accidentes en épocas de clima frío.

Suena increíble y así lo creen cientos de colaboradores que han dejado su aporte en dinero en la plataforma Indiegogo, sitio de crowdfunding que ha recolectado más de un millón de dólares para llevar el proyecto a su próxima etapa, con la aspiración de implementarlo en carreteras y sitios públicos de Estados Unidos lo antes posible.

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Ya es posible obtener combustible a partir de la luz solar

Hoy en día es cada vez más común oír hablar acerca de decenas de propuestas surgidas para luchar contra el cambio climático, así como multitud de predicciones acerca de cómo será nuestro planeta en unas cuantas décadas si no apostamos por el uso de recursos renovables y reducimos nuestras emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera. Si nos paramos a pensar en algunas de las cosas que más contaminan es inevitable nombrar los medios de transporte y el uso de combustible provenientes de recursos limitados. Pongamos por ejemplo el caso que nos ocupa hoy: los aviones. Éstos hacen un uso intensivo de un recurso limitado como es el petróleo, de donde se obtiene el queroseno que se utiliza como combustible en los motores a reacción y turbinas de gas. Por esta razón, cada vez un mayor número de investigadores se están centrando en encontrar nuevas formas de obtener combustibles de una forma más renovable y limpia.

A mediados del año 2011 surgió un proyecto financiado por la Unión Europea conocido como SOLAR-JET, en relación al cual podemos encontrar varias importantes organizaciones de investigación de todo el mundo, entre las que destacan nombres como ETH Zürich. Últimamente SOLAR-JET está siendo noticia gracias a un sorprendente descubrimiento, y es que según han comunicado desde esta organización, han descubierto la forma de obtener queroseno de un modo totalmente ecológico y renovable: tan solo haciendo uso de la luz solar, agua y dióxido de carbono. Aunque pueda sonar a película de ciencia ficción, tan solo se hace uso de estos elementos.

Lo más probable es que a estas alturas te estés preguntando cómo se descubrió y cuál es el proceso, y no es para menos, ya que es realmente sorprendente. El procedimiento consistió en utilizar luz solar simulada para convertir el dióxido de carbono y el agua en algo conocido como ‘gas de síntesis’ en un reactor a altas temperaturas. Posteriormente, este gas fue transformado en queroseno por la petrolera Shell utilizando el proceso conocido ‘Fischer-Tropsch’.

Gracias a este descubrimiento se ha logrado descubrir la formar de obtener un carburante que hasta ahora tan solo se podía producir tras la destilación del petróleo. No cabe duda de que estamos ante un descubrimiento que podría revolucionar totalmente el futuro cercano de los combustibles tal y como se conoce hasta ahora, y es que se trata de la primera producción jamás lograda de un carburante sintetizado y renovable. Además, con el mismo proceso se podría llegar a obtener cualquier otro tipo de combustible como diesel, gasolina o hidrógeno de la forma más sostenible posible.

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Presentan método para hacer celdas solares transparentes

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De cinco años a la fecha hemos visto un boom en la energía solar, ya sea en los calentadores solares que comienzan a cubrir los techos de casas en todo el mundo, las granjas solares o los aviones que utilizan el poder del sol para reducir sus costos. Pero las celdas solares no han cubierto aún todas las superficies posibles porque son particularmente feas.

Pero ahora un articulo de investigación publicado en Nature Photonics por el Laboratorio Nacional de Los Alamos, que fue fundado durante la Segunda Guerra Mundial como un lugar secreto para desarrollar el Proyecto Manhattan cuyo objetivo era desarrollar las primeras armas nucleares, se presenta una alternativa bastante interesante: ventanas que funcionan como paneles solares. 

Sí, ventanas completamente transparentes hechas de nanopuntos atrapados en un polímero, algo así como un sandwich de nanomateriales. El logro aquí es la creación de un “concentrador solar de gran área” (LSC por su siglas en inglés). El LSC funciona como una antena que concentra la radiación solar hacia una celda solar mucho más pequeña, lo cual logra aumentar el poder generado. Esta celda se encuentra acoplada a los bordes del polímero. 

Nature Publishing Group 

Entonces, además de haber aumentado la eficiencia del sistema, esta nueva propuesta permitiría que fachadas completas generaran electricidad. Imaginemos, entonces, un rascacielos cuya fachada completa (o por lo menos las áreas que reciben más luz solar durante el día) se convirtiera en un generador de electricidad, tal vez los parabrisas y ventanas de un futuro modelo de Tesla podrían, junto con una de esas baterías teóricas de grafeno, aumentar exponencialmente su rendimiento. 

Utilizando un algoritmo Monte Carlo, un método no determinista, es decir un método que con una sola entrada de datos ofrece muchos resultados y cuyo resultado es impredecible, se encontró que la eficiencia del nuevo material aumentaba 100 veces, con un factor de concentración óptica  de 4,4 

El método entonces promete mucho, pero hay que recordar que del artículo de investigación al articulo disponible a la venta suele haber un largo trecho. 

Link: Nature Photonics 

 

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