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Los investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Masdar han desarrollado un nuevo dispositivo con sistemas de seguimiento para concentrar la luz solar en células solares de alta eficiencia, sin necesidad de movimiento mecánico para seguir la trayectoria del sol. Esta investigación para probar el concepto es el primer paso hacia el desarrollo de un sistema fotovoltaico de concentración de auto-seguimiento (CPV).

“Los sistemas CPV tradicionales giran los paneles solares hacia el sol usando un rastreador mecánico que es caro y demasiado grande para poner en los tejados”, explicó el Ingeniero del Instituto de Investigación de Masdar, Harry Apostoleris, cuya tesis se ha centrado en este trabajo. “Estamos tratando de lograr esto mediante un sistema de seguimiento simple que no se mueva, cambiando sólo las propiedades ópticas del colector, no su orientación física”, agregó.

Apostoleris es el autor principal de un artículo publicado en esta investigación a principios de este mes en la revista Nature Energy con su supervisor, el Dr. Matteo Chiesa, Profesor Asociado de Ingeniería Mecánica e Ingeniería de Materiales en el Instituto Masdar, y el Dr. Marco Stefancich, Investigador en el Centro Nacional de Investigación en Parma, Italia. Su investigación fue galardonado con una beca de investigación del Centro Deshpande del MIT por su innovador potencial. El sistema de seguimiento solar propuesto por el equipo actúa como una caja – hecha de un material opaco y ceroso hecho de un compuesto de silicona y parafina – que contiene un “agujero” óptico en su superficie para realizar un seguimiento de la trayectoria del sol durante todo el día. A medida que la luz infrarroja y visible del sol entra en el agujero de la superficie de la caja, los rayos reflejados se bloquean cuando intentan escapar y son utilizados por células fotovoltaicas de alta eficiencia.

El agujero se crea concentrando la luz solar en un solo punto, que se vuelve transparente al incidir con la luz concentrada, permitiendo que la luz del sol entre. El material de la caja es opaco cuando está frío y transparente cuando está caliente. Por lo tanto, enfocando la luz sobre el material, se crea una pequeña región transparente.
Se coloca una lente frente a la caja, concentrando y dirigiendo la luz solar hacia un área pequeña del material opaco/transparente, creando el agujero óptico del área transparente. A medida que el sol se mueve, haciendo que la ubicación del punto focal varíe, el agujero se mueve para que la luz puede entrar continuamente en el dispositivo.

Los sistemas CPV tradicionales alcanzan eficiencias de conversión de la luz en electricidad altas – del 30% o más – concentrando la luz solar directa sobre las células solares multi-unión. Estos sistemas voluminosos realizan un seguimiento de la trayectoria del sol durante todo el día con unos costosos y pesados sistemas mecánicos que giran al moverse el sol.
Aunque, según un informe de IHS Technology, las instalaciones CPV se han incrementado en un 37% este año, sus alto coste y peso los hacen adecuados sólo para servicios públicos en regiones con cielos muy claros, haciendo que su presencia esté ausente en el mercado de generación fotovoltaico que tan rápido está creciendo.

La principal forma de energía fotovoltaica distribuida, que son los paneles solares en los tejados, por lo general están hechos de células de silicio o semiconductores de película delgada con una eficiencia del módulo entre el 15-20% dominando el mercado solar. En Estados Unidos, se han instalado más paneles solares en el primer trimestre de este año que centrales eléctricas de gas natural.
Debido a que la eficiencia de los sistemas CPV son mucho más altos que los paneles solares planos de uso común para aplicaciones distribuidas, existe un creciente interés en hacer que los sistemas CPV sean accesibles para el mercado distribuido.

“La única cosa que frena a los sistemas CPV del consumo doméstico generalizado es su gran tamaño y altos costos iniciales,” explicó el Dr. Chiesa. “Nuestro sistema CPV es compacto, estático y está hecho de materiales de bajo costo – que son requisitos clave para la generación solar distribuida.”
El Dr. Chiesa y Apostoleris han presentado una patente para someter a prueba el concepto (PoC) del sistema de seguimiento solar, que es el primer paso hacia la comercialización de esta tecnología.
El desarrollo de una tecnología CPV de nueva generación refleja el apoyo del Instituto Masdar en la investigación de vanguardia que busca encontrar alternativas energéticas limpias y sostenibles económicamente competitivas con las fuentes de energía fósiles convencionales.

IBC SOLAR AG, uno de los proveedores líderes mundiales de sistemas fotovoltaicos, brinda a los agricultores la oportunidad de cambiar a un suministro de agua no tóxico, económico y fiable. Así, pueden sustituirse los costosos generadores diésel de elevado mantenimiento por un sistema fotovoltaico conectado al IBC PumpController. A su vez, este sistema puede conectarse a las bombas de agua existentes por medio de un convertidor de frecuencia de Siemens. De esta manera, los sistemas de riego existentes pueden modificarse fácilmente para usar un suministro energético mucho más eficiente y económico.

Para la conversión, se conservan tanto las bombas existentes como la infraestructura de riego completa y solo se reemplaza el generador diésel por un sistema fotovoltaico. La solución IBC PumpController combinada con un sistema fotovoltaico está estructurada según conceptos de estandarización y modularización, y cumple con el compromiso de calidad global de IBC SOLAR.

IBC SOLAR solo emplea componentes estándar, ya que su mantenimiento y sustitución son más sencillos. El convertidor de frecuencia Sinamics S120, con el MPPT (Maximum Power Point Tracking) de Siemens incluido e instalado en el IBC PumpController, garantiza la obtención de la máxima potencia a partir del generador fotovoltaico.

Sustitución del costoso diésel por la fiable energía solar

Los agricultores que cambien a una solución con sistema de energía solar notarán inmediatamente sus ventajas. El combustible diésel es caro, su transporte y almacenamiento implican riesgos y, como fuente de energía, no es eficiente en términos de costes, ya que, en muchos países, su coste de importación está subvencionado por el gobierno. Por el contrario, la energía solar es una fuente de energía fiable y económica para el sector agrícola, especialmente en las zonas con una mayor demanda de agua.PumpController-Namibia_baja

Es más, la demanda de suministro energético y la de agua se complementan a la perfección, ya que suele necesitarse más agua tras los días soleados; esto es, justo después de que los depósitos de agua se hayan llenado gracias a la energía solar. Además, una vez instalado, el sistema fotovoltaico solo requiere unos costes mínimos de mantenimiento.

Plantas piloto con amortización de los costes en 3 años

Una planta piloto instalada en una granja de Namibia está demostrando las prácticas funciones de esta solución desde junio de 2015. En esta planta, se sustituyó permanentemente un generador diésel de 11 kVA por un sistema fotovoltaico de IBC SOLAR con una potencia máxima de 17,7 kWp y un IBC PumpController. Esta conversión ha permitido el riego por goteo del terreno de cultivo de forma respetuosa con el medio ambiente y –sobre todo– fiable, así como un ahorro de 30 litros de diésel al día. «La inversión en esta solución de bomba accionada por energía solar se amortiza en 3 años», explica Dieter Miener, Technical Applications Engineer de IBC SOLAR.

IBC SOLAR incluirá 10 clases de rendimiento de entre 3 y 90 kW para esta solución en su gama de productos. Gracias a las experiencias positivas logradas en Namibia y otros países, IBC SOLAR ofrece ahora esta solución en los mercados objetivo de África y Latinoamérica a través de sus empresas asociadas. Además de en terrenos agrícolas, esta solución también puede utilizarse en los sectores de piscicultura, de tratamiento de aguas residuales o de turismo.

Proinso ha suministrado 1,5 MW de material a Solar Energy Management, Florida, instalador comercial que ofrece sistemas solares llave en mano a precios competitivos. La construcción de esta instalación solar fotovoltaica de 1,5 MW sobre cubierta es una prueba de accesibilidad y rentabilidad de  inversión a largo plazo para la industria local.

Con varios años de experiencia y como líder en la industria solar, Solar Energy Management, ha diseñado el sistema solar fotovoltaico comercial con productos líderes del mercado y manteniendo un excelente ROI. Teniendo en cuenta el consumo de energía actual y crecimiento esperado, el proyecto tendrá un retorno de la inversión inferior a 6 años. Asimismo, los productos instalados han sido fabricados en USA y tienen un rendimiento de potencia garantizada de 25 años. El material suministrado por Proinso incluyó 51 SMA Sunny Tripower 24000 y fue suministrado desde la filial que la multinacional tiene en Estados Unidos, en el Estado de California (Sacramento).

El proyecto de 1,5 MW es la instalación solar sobre cubierta comercial más grande de Florida. Ubicada en las instalaciones de Great Bay Distributors cuenta con una superficie de más de 26.000 m2 y generará aproximadamente 2,319.65 MWh / año, que evitará la emisión de CO2 correspondiente a plantar 1 millón de árboles. La compañía se estableció en 1968 y es el principal distribuidor de Anheuser Busch Florida.

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