Aprovechando la energía de 2,000 soles
Render de Airlight Energy del prototipo del sistema HCPVT actualmente en desarrollo.
La Comisión Suiza para Tecnología e Innovación ha otorgado a un grupo de científicos un apoyo de 2.4 millones de dólares para desarrollar un sistema fotovoltaico asequible capaz de concentrar la radiación solar hasta 2,000 veces y convertir el 80 por ciento de la radiación entrante en energía útil.
El sistema podría también proveer agua desalinizada y aire templado en tiempos soleados a lugares remotos donde a menudo se tiene poca energía disponible.
El prototipo del sistema HCPVT usa una antena parabólica grande construida con muchos espejos, que son conectados a un sistema de seguimiento del sol. El sistema de seguimiento posiciona la antena en su mejor ángulo para recibir los rayos del sol, que luego se reflejan en los espejos en múltiples recibidores con microcanales que contienen líquido refrigerante en chips fotovoltaicos de triple juntura. Cada chip puede convertir 200-250 watts en promedio, durante el lapso de ocho horas típicas de funcionamiento en un lugar soleado.
El recibidor completo combina cientos de chips y proporciona 25 kilowatts de energía eléctrica. Los chips fotovoltaicos se montan en capas microestructuradas que conducen refrigerantes líquidos a una distancia de pocas decenas de micrómetros del chip para absorber el calor y conducirlo 10 veces más efectivamente que el enfriamiento con aire.
El refrigerante conserva los chips casi a la misma concentración para una concentración solar 2,000 veces superior y puede hacerlos funcionar dentro de temperaturas seguras en concentraciones solares de hasta 5,000 veces.
La solución de enfriamiento directo con muy poca pérdida de poder se inspira en el sistema jerárquico y en ramificaciones del suministro de sangre en el cuerpo humano y ha sido probado por científicos de IBM en computadoras de alto rendimiento, incluyendo Aquasar.
“La microtecnología, tal y como se conoce a partir de la fabricación de chips de computación, es crucial para permitir una transferencia termal eficiente del chip fotovoltaico hacia el líquido refrigerante”, dijo Andre Bernard. “Y al utilizar formas innovadoras para fabricar estos dispositivos de transferencia de calor tratamos que también sea a un costo eficiente”.
“Creemos que podemos lograrlo con un diseño muy práctico que está hecho de concreto de alta resistencia y de peso ligero actualmente usado en puentes, y óptica compuesta de espejos neumáticos de bajo precio –es innovación basada en décadas de experiencia y microtecnología”.
“El diseño del sistema es elegantemente simple”, dijo Andrea Pedrett, jefe de tecnología en Airlight Energy. “Reemplazamos acero y vidrio de alto costo por concreto barato y láminas simples presurizadas y metalizadas. Los componentes pequeños de alta tecnología, en particular los microcanales refrigerantes y los moldes, pueden ser fabricados en Suiza con la construcción restante y el ensamblado en la región donde se instale. El sistema es competitivo en precio y se crean trabajos en ambas regiones”.
La óptica solar concentradora será desarrollada por la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETH Zurich). “Técnicas numéricas avanzadas de seguimiento de rayos serán utilizadas para optimizar el diseño de la configuración óptica y lograr flujos solares uniformes que alcancen 2,000 soles en la superficie de la célula fotovoltaica”, dijo Aldo Steinfeld, profesor en ETH Zurich.
Con tan alta concentración y un diseño de muy bajo costo, los científicos creen que puede lograrse un costo por área de apertura menor a 250 dólares por metro cuadrado, lo cual es tres veces menor al costo de sistemas similares en la actualidad. El costo nivelado de energía sería menor a 10 centavos por kilowatt hora (kWh). En comparación, las tarifas eléctricas en Alemania se encuentran alrededor de los 25 centavos por kWh y el costo de producción en las centrales eléctricas alimentadas con carbón es de 5-10 por kWh.
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