El blog de las Energías Renovables

Archive for the ‘Energía Solar fotovoltáica’ Category

Nuestro país está apostando fuerte por las energías renovables, consolidándose año tras año. La energía solar es uno de los sectores con más desarrollo debido a las características climáticas de España.

En los últimos años, el mercado fotovoltaico español ha ido creciendo, convirtiéndose en 2008 en el primero del mundo con 2.661 MW instalados. Con estos datos, superamos a Alemania, que era tradicionalmente el líder internacional en implantación de la energía solar.

A lo largo de 2009, la inversión de nuestro país alcanzó los 16.000 millones de euros y alrededor del 60% de las instalaciones tienen una potencia instalada superior a los 2MW.

Otro dato a tener en cuenta es que el 98% de las instalaciones es del tipo de “huerto solar”, siendo Castilla La Mancha la comunidad autónoma con más potencia instalada.

Estos datos, convierten al sector de la energía solar en uno de los más prósperos de la economía española, y por tanto, uno de los más estables laboralmente hablando.

Durante 2009 se han estabilizado los contratos fijos, disminuyendo de forma drástica los empleos temporales ligados a la energía solar, especialmente en la fotovoltaica.

Formarse en energía solar es una forma inteligente de afrontar la crisis que vive la economía española. Ser técnico en energía solar te proporciona una profesión innovadora, con estabilidad laboral y un empleo para construir un mundo mejor y más sostenible.

MasterD tiene entre su oferta formativa cursos sobre energías renovables, especialmente el de Técnico en Energía Solar. Con este curso podrás aprender la implantación de la energía solar tanto en el sector térmico como fotovoltaico.

Además, MasterD cuenta con acuerdos con empresas del sector para que los futuros técnicos solares puedan comenzar su andadura profesional e ir adquiriendo experiencia en la instalación y el mantenimiento.

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Recientemente se ha dado a conocer los avances que unos investigadores de la Universidad de Cornell, los cuales han logrado crear un componente basado en un nanotubo, el cual es capaz de convertir la luz solar en un flujo de corriente eléctrica de forma más eficiente que el silicio de las células solares tradicionales. Este novedoso descubrimiento puede hacer posible que en un futuro se puedan construir células solares a partir de esta tecnología.

En dicha investigación, los investigadores Paul McEuen y Jiwoong Park, consiguieron fabricar, testar y medir este componente elemental, el cual se comporta de la misma manera que un fotodiodo. El equipo de investigadores usó un único nanotubo de carbono para montar este fotodiodo. Un nanotubo de carbono es básicamente una lámina de grafeno enrollada sobre sí misma con un tamaño similar a una molécula de ADN.

El funcionamiento básico es el siguiente, cuando un fotón incide sobre una red cristalina, se crean lo que se denominan excitones, que no son más que pares de electrones y huecos. Unido a esto hay que tener en cuenta que ciertos materiales como los nanocristales pueden ser capaces de crear más de un excitón por fotón.

En la investigación, aplicando una serie de haces de láser, descubrieron la forma de conseguir que cada fotón fuese capaz de crear al menos dos excitones. Además, utilizando la disposición adecuada fueron capaces de lograr que dichas cargas eléctricas circularan limpiamente por el nanotubo, creando nuevos electrones excitados que también fluyen, produciéndose un efecto en cascada, aumentando así el rendimiento del proceso de conversión.

Actualmente una de las grandes trabas a las que se enfrenta la energía solar fotovoltaica es el bajo rendimiento de las células, ya que sólo una parte de la energía luminosa es convertida en corriente eléctrica, y el resto se pierde en forma de calor. Aún está por ver las aplicaciones comerciales de este avance, pero deja abierta una puerta para conseguir nuevas tasas de rendimiento, y por lo tanto, de efectividad para la energía solar fotovoltaica.

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GreenSun Energy Ltd. es una compañía de Jerusalén dedicada al desarrollo, producción y venta de sistemas para la generación de electricidad a partir de paneles solares. Dicha compañía ha sido pionera en una tecnología innovadora que reduce drásticamente el costo de producción de electricidad a partir de la energía solar, gracias al aumento de la eficiencia y la eficacia de dichos paneles solares.

Según responsables de la empresa: “GreenSun va a revolucionar la industria de la energía haciendo a la energía solar económicamente sostenible y competitiva con los combustibles fósiles, por primera vez”.

Tras años de investigación, GreenSun ha desarrollado unas células solares de color para sistemas CPV (concentración de la energía fotovoltaica), que no necesitan luz solar directa para operar y que requieren un 80% menos de silicio para su fabricación en comparación con las células solares tradicionales.

Con los tradicionales paneles solares, la luz solar directa es necesaria para producir electricidad, y la eficiencia de los mismos disminuye dramáticamente cuando los paneles están a la sombra o la recepción de luz difusa. Los nuevos paneles solares incorporan tintes fluorescentes y de nanopartículas metálicas, que redirigen a luz solar hacia los bordes de la celda donde se encuentra el silicio. Esta reflexión interna es lo que permite que la célula utilice mucho menos silicio que las células tradicionales.

Debido a que están usando mucho menos silicio, lógicamente, el precio de la energía prevista con esta nueva tecnología es prácticamente la mitad del precio actual. La compañía está tratando actualmente de mejorar la tasa de conversión de la energía - que se sitúa en sólo el 12%, con la esperanza de poder alcanzar el 20% de eficiencia, lo que  reducirá el coste de producción de energía a una cuarta parte, lo que hará a dichas células muy atractivas para los mercados residenciales y comerciales.

Todo esto podría ayudar a impulsar la tecnología fotovoltaica y ponerla en lugar privilegiado y competitivo respecto de las energías no renovables.

Las principales ventajas clave de la tecnología de GreenSun son las siguientes:

• La cantidad de silicio utilizado para su fabricación es mucho menor.
• Mayor eficiencia de conversión.
• Estabilidad térmica, ya que no necesita mecanismo de enfriamiento. El panel de GSE sólo capta la luz visible, lo que disminuye el calor en el panel solar y la eliminación de la necesidad de un mecanismo de enfriamiento.
• Utiliza luz difusa en lugar de la luz solar directa para ofrecer más horas de producción. Esto elimina la necesidad de un sistema de seguimiento y no limita los paneles para techos.
• La superficie necesaria es mucho más pequeña en comparación con la superficie de los productos existentes.
• Para su fabricación se utilizan materiales no tóxicos y de bajo costo.

La verdad es que la cosa promete bastante, y de ser ciertas todas las expectativas de la empresa, a este precio, la electricidad generada por energía solar será competitiva con los métodos tradicionales y ofrecerá una alternativa económicamente viable a los combustibles fósiles.

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Recientemente la Universidad de Lérida ha patentado un sistema que incrementa la efectividad de las placas solares de alta concentración mediante un disipador híbrido de altos flujos energéticos para matrices denso de células fotovoltaicas de alta concentración. Mediante dicho sistema se mejora la uniformidad de la temperatura del receptor fotovoltaico y reduce los posibles daños a las células fotovoltaicas, aumentando la obtención de energía eléctrica y alargando así la vida útil de las células.

La importancia de dicho sistema reside en que una de las problemáticas más importantes de estos sistemas solares son las altas densidades de flujo manejadas. Un elevado porcentaje de la energía solar incidente en el receptor se transforma en calor, por ello es necesario realizar un enfriamiento activo para rebajar la temperatura de las células fotovoltaicas en niveles que garanticen su correcto funcionamiento.

Por otra parte, es necesario mejorar la uniformidad de temperatura del receptor fotovoltaico ya que este parámetro afecta también a las prestaciones eléctricas de estos sistemas y reduce su fiabilidad.

Los disipadores de calor actuales alcanzan el primer objetivo pero no ofrecen soluciones para el segundo. Por ejemplo, los microcanales sólo pueden reducir, en la dirección del flujo del fluido, el incremento de la temperatura de la matriz densa de células aumentando el flujo de fluido refrigerante (lo que implica el aumento de la potencia de la bomba de circulación del circuito de refrigeración), pero nunca puede llegar a eliminar este gradiente de temperatura.

La solución desarrollada es un disipador híbrido jet impactante / microcanales. El fluido entra en el disipador mediante una ranura por la cual, después de impactar contra el fondo del disipador, el flujo se divide para entrar en las zonas de canales o aletas. Esta zona presenta una distribución no uniforme de elementos de intercambio (aletas) en la dirección del flujo del fluido refrigerante que permite controlar la distribución de la capacidad de extracción de flujo térmico y, en consecuencia, adaptar el perfil de temperatura a las necesidades de la aplicación. La geometría interna del dispositivo se puede modificar en la etapa de diseño para alcanzar este efecto.

Las ventajas del disipador son las siguientes:

• Elevada capacidad de extracción de altas densidades de flujo térmico.
• Se puede fabricar en diferentes escalas, incluso en el rango de dimensiones manométricas, debido a la reciente evolución de las técnicas de fabricación.
• Diseño compacto.
• Pérdidas de presión relativamente bajas.
• La longitud del recorrido del fluido está dividida en dos respecto a un disipador de microcanales normal, lo que permite aumentar la capacidad de extracción de flujo térmico.

Aparte de las aplicaciones en el ámbito de la energía solar, el sistema desarrollado también puede ser aplicado en el campo de la microelectrónica, por ello los científicos del proyecto continuarán con la investigación sobre el enfriamiento de chips electrónicos que se utilizan en aparatos tan cotidianos como los ordenadores.

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En 1977 algunos investigadores sorprendieron al mundo revelando la existencia de materiales plásticos (por lo tanto aislantes de corriente eléctrica), que bajo ciertas condiciones puede convertirse en conductores y ser capaces por tanto de conducir una corriente entre dos puntos. Nacieron así los plásticos semiconductores.

Esto abrió un nuevo campo de investigación ya que se combinan las propiedades mecánicas tradicionalmente asociadas a plásticos con las propiedades optoelectrónicas asociadas a los semiconductores derivados del silicio. Pero aún es más interesante poder manipular la estructura química del compuesto para tener propiedades de emisión o absorción a la carta.

La tecnología fotovoltaica no ha sido en absoluto ajena a la introducción de estos materiales en la actividad investigadora. Hoy en día es posible pensar en aplicaciones innovadoras e interesantes como ventanas transparentes fotovoltaicas que alimenten de energía a la vivienda y que adicionalmente puedan oscurecerse o aclararse acorde con la luminosidad exterior (electrocromismo), cargadores plegables y fáciles de transportar para dispositivos electrónicos o incluso tejidos fotovoltaicos para tiendas de campaña o similares.

El giro de la tecnología electrónica hacia la miniaturización, junto con el avance de diferentes técnicas Electroquímicas, ha dado lugar a un nuevo campo de trabajo; la Nanotecnología. Mediante estas técnicas es posible fabricar nanocristales coloidales (partículas a escala nanométrica) con estructura cristalina y propiedades optoelectrónicas similares a los semiconductores. La gran variedad de materiales a utilizar, así como las diferentes formas de las nanoestructuras que se pueden fabricar, hacen que sea ésta una de las tecnologías en las que cabe esperar u mayor desarrollo de eficiencias en los próximos años.

Resumiendo, materiales plásticos similares a los que nos rodean en nuestra vida cotidiana, tienen la habilidad de convertir energía solar en energía eléctrica. Este proceso tiene lugar a través de cuatro pasos:

• Absorción de luz y creación de pares de carga positivo-negativos, ligados a temperatura ambiente por fuerzas de origen coulombiano –excitones-.
• Creación de portadores de carga libres, positivos y negativos, a través del fenómeno de transferencia de carga entre materiales con diferentes propiedades eléctricas.
• Transporte de las cargas a través de los diferentes materiales evitando que se recombinen.
• Recolección de las cargas en los electrodos metálicos opuestos generando así una corriente eléctrica entre estos dos puntos.

Con el propósito de maximizar la eficiencia de una célula solar, se pueden utilizar conjuntamente nanocristales inorgánicos y polímeros semiconductores con el objetivo de:

• Optimizar la absorción y ajustarla en el mayor grado posible al espectro de emisión solar.
• Facilitar la disociación de excitones mediante la inclusión de múltiples heterouniones internas nanocristal-polímero, semejantes a uniones p-n.
• Aprovechar su mayor movilidad de portadores de carga para transportar los electrones hasta los contactos metálicos sin recombinarse con los portadores de carga positivos que viajan por la fase polimérica del film.

Debido a la versatilidad, facilidad de procesado y sobre todo coste de fabricación, estos materiales multifuncionales dan origen a un sinfín de aplicaciones fotovoltaicas impensables hace unos años. El avance imparable de la nanotecnología y el desarrollo de nuevas técnicas electroquímicas ha hecho viable la incorporación de materiales nanoestructurados a dispositivos orgánicos mejorando así su eficiencia.

No es raro encontrar ya muchas aplicaciones de este tipo en el mercado, desde módulos fotovoltaicos flexibles, mochilas con cargador solar incorporado, o las anteriormente nombradas ventanas fotovoltaicas. Lo que no cabe duda es que día a día la tecnología avanza a favor de las energías renovables.

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