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Ingenieros de Stanford adaptan paneles solares convencionales para generar electricidad de noche

6 min. de lectura

Ingenieros de Stanford adaptan paneles solares convencionales para generar electricidad de noche
Source: Unsplash

Los investigadores han desarrollado un dispositivo que ayuda a las células solares disponibles a generar electricidad -incluso en ausencia de luz- utilizando la temperatura fluctuante del aire ambiente.

Nuevo dispositivo para generar electricidad durante la noche

Hace tiempo que se demostró que los paneles solares fotovoltaicos (FV) son una excelente alternativa a las fuentes de energía más tradicionales, pero tienen un gran inconveniente: sólo pueden utilizarse durante el día… hasta ahora. Sid Assawaworrarit, ingeniero eléctrico y candidato al doctorado en la Universidad de Stanford, y un equipo de colegas han estado trabajando para que los paneles solares ordinarios sean funcionales por la noche. La buena noticia es que Assaworrarit y su equipo han tenido éxito hasta ahora.

Pero te sorprenderá saber que los paneles solares pueden funcionar en cierto modo a la inversa: los propios paneles solares emiten radiación infrarroja incluso en ausencia de luz.
Hasta ahora, el atardecer significaba que los paneles dejaban de funcionar hasta el día siguiente. Pero te sorprenderá saber que los paneles solares pueden funcionar en cierto modo a la inversa: los propios paneles solares emiten radiación infrarroja incluso en ausencia de luz. Source: Unsplash/Manny Becerra

La nueva tecnología aprovecha la ventaja de un hecho soprendente sobre los paneles solares

Sid Assaworrarit y sus colegas de Stanford han creado un dispositivo que ayuda a los paneles solares normales a generar electricidad utilizando la temperatura fluctuante del aire ambiente. Quizá te sorprenda saber que los paneles solares pueden funcionar en cierto modo a la inversa; los paneles solares emiten radiación infrarroja incluso en ausencia de luz. 

Se trata de protones que transportan el calor desde el panel solar a través de longitudes de onda invisibles para el ojo humano. En un día claro (cuando no hay nubes en el cielo que reflejen la luz infrarroja hacia la Tierra) esta transferencia de calor crea una diferencia de temperatura de unos pocos grados: éste es el secreto del dispositivo de Assaworrarit.

El dispositivo, llamado generador termoeléctrico, capta el calor que fluye entre el aire caliente y el panel solar y lo convierte en energía. Actualmente, el equipo de Assaworrarit es capaz de obtener unos 50 milivatios por metro cuadrado de panel solar. 

Aunque se trata de una pequeña fracción de la cantidad de electricidad que puede generar un panel solar durante el día (la mayoría son capaces de unos 150 vatios por metro cuadrado), Assaworrarit afirma que la ubicación adecuada y unos cuantos ajustes en la tecnología pueden permitir que el dispositivo recoja "alrededor de uno o dos vatios por metro cuadrado", que es mucho más de lo que los paneles solares eran capaces de generar por la noche. 

Fuente: ExtremeTech 

Cuando las estructuras estaban en funcionamiento, la gente vertía agua en piscinas poco profundas junto a las casas de hielo. Aunque la temperatura del aire fuera de 30 o 40 grados, el agua se congelaba. Por la mañana, la gente recogía el hielo y lo trasladaba a una estructura cercana en forma de colmena que utilizaba un conjunto diferente de técnicas de refrigeración pasiva para mantener el hielo por debajo del punto de congelación durante todo el verano.
Los científicos modernos no son los primeros en poner en práctica el enfriamiento radiativo. En el sureste de Irán se encuentran los restos de decenas de casas de hielo, llamadas Yakhchāls, que los antiguos persas utilizaban para explotar el fenómeno. Cuando las estructuras estaban en funcionamiento, la gente vertía agua en piscinas poco profundas junto a las casas de hielo. Aunque la temperatura del aire fuera de 30 o 40 grados, el agua se congelaba. Por la mañana, la gente recogía el hielo y lo trasladaba a una estructura cercana en forma de colmena que utilizaba un conjunto diferente de técnicas de refrigeración pasiva para mantener el hielo por debajo del punto de congelación durante todo el verano. Source: Unsplash/Karsten Würth

La refrigeración por radiación podría reducir la necesidad caras baterías en algunas aplicaciones

El equipo de Assaworrarit no es el primero en utilizar un generador termoeléctrico para capturar el calor de la noche, pero su enfoque parece prometedor cuando se trata de utilizar paneles solares que ya existen para uso diurno. Utilizando una placa de aluminio para reducir la cantidad de calor que puede escapar de los bordes de sus paneles solares, el equipo fue capaz de multiplicar la energía generada por su tecnología casi diez veces. 

Los paneles solares de uso nocturno tienen un gran potencial. Los científicos que utilizan equipos alimentados por energía solar, como los meteorólogos y los investigadores de la vida salvaje, podrían beneficiarse de fuentes de energía más fiables y de cargas de batería de reserva más ligeras. 

Las personas que dependen de la energía solar y de otras soluciones no conectadas a la red para su vida diaria -es decir, unos mil millones de personas en todo el mundo- también podrían beneficiarse de paneles capaces de proporcionar un flujo de electricidad más constante. 

Fuente: ExtremeTech

De nuevo, los paneles solares que generan una pequeña cantidad de electricidad por la noche podrían reducir la necesidad de baterías, y los costes de mantenimiento y sustitución que conllevan.
Otro buen uso de la tecnología es alimentar la inmensa red de sensores medioambientales que los investigadores utilizan para vigilar todo, desde las condiciones meteorológicas hasta las especies invasoras en rincones remotos del planeta. De nuevo, los paneles solares que generan una pequeña cantidad de electricidad por la noche podrían reducir la necesidad de baterías, y los costes de mantenimiento y sustitución que conllevan. Source: Unsplash/Moritz Kindler

El dispositivo consigue una fuente de energía que se suele pasar por alto

La Tierra recibe constantemente una enorme cantidad de energía del Sol, del orden de 173.000 terrawatts. Las nubes, las partículas de la atmósfera y las superficies reflectantes, como las montañas cubiertas de nieve, reflejan inmediatamente el 30% de esa energía hacia el espacio. El resto acaba calentando la tierra, los océanos, las nubes, la atmósfera y todo lo demás del planeta. 

Pero esa energía no se queda aquí. Salvo por el calor adicional que los gases de efecto invernadero han ido atrapando desde que el ser humano empezó a quemar copiosas cantidades de combustibles fósiles desde la Revolución Industrial, la Tierra envía tanta energía como recibe. Por eso el planeta emite una cantidad de energía realmente alucinante en forma de radiación infrarroja.

"Es una especie de luz", explica Assawaworrarit a InterestingEngineering. La radiación infrarroja que brilla en la cálida Tierra (o en cualquier otra cosa) tiene longitudes de onda demasiado largas para que los ojos puedan verlas, pero transporta energía. De hecho, más de la mitad de la cantidad total de energía solar que llega a la Tierra pasa por este proceso y acaba volviendo al espacio.

Lo que han hecho Assawaworrarit y sus colegas es idear una nueva forma de capturar esa energía cuando sale del planeta. 

Al integrar esta nueva tecnología con los paneles solares que generan electricidad durante el día, los investigadores han dado un importante paso adelante para que la gente de a pie pueda capturar esta energía para sí misma.

Sin embargo, comprender la física que hay detrás de estos paneles solares nocturnos es sólo una parte de la batalla. Los ingenieros llevan años trabajando para que sean lo suficientemente eficientes como para que merezca la pena utilizarlos en el mundo real. 

Fuente: InterestingEngineering

Entender la física que hay detrás de estos paneles solares nocturnos es sólo una parte de la batalla. Los ingenieros llevan años trabajando para que sean lo suficientemente eficientes como para que merezca la pena utilizarlos en el mundo real. Pero es un comienzo, y por eso lo celebramos.
Implantar la tecnología ha supuesto muchos desafíos en el campo de la ingeniería Entender la física que hay detrás de estos paneles solares nocturnos es sólo una parte de la batalla. Los ingenieros llevan años trabajando para que sean lo suficientemente eficientes como para que merezca la pena utilizarlos en el mundo real. Pero es un comienzo, y por eso lo celebramos. Source: Unsplash/Nuno Marques

Assawaworrarit y sus compañeros comenzaron a trabajar en el problema durante la pandemia

"Al principio nos atascamos bastante porque el número que obtuvimos al principio no se acercaba a lo que esperábamos", dijo Assawaworrarit a InterestingEngineering. Tras meses de hacer números, el primer experimento del equipo demostró que las primeras iteraciones del dispositivo producían una décima parte de la cantidad de electricidad que esperaban. 

Resultó que un gran problema se interponía en su camino.

"Una célula solar no es un buen conductor del calor", dice Assawaworrarit. "Ahí es donde radica el problema". Los ingenieros se dieron cuenta de que la energía que se escapaba de los bordes del panel solar no contribuía demasiado a la producción de energía del sistema porque la energía térmica no podía viajar fácilmente a través de la propia célula solar. 

"En retrospectiva, parece sencillo", dice. "Pero en ese momento, no era obvio".

Los ingenieros solucionaron el problema fijando la célula solar directamente a una placa de aluminio, que conduce la energía de forma mucho más eficiente.

"Fue una especie de epifanía", dice. Puede leer sus conclusiones, publicadas en Applied Physics Letters, haciendo clic aquí.

Fuente: InterestingEngineering

Actualmente, el equipo de Assaworrarit es capaz de obtener unos 50 milivatios por metro cuadrado de panel solar. Aunque se trata de una pequeña fracción de la cantidad de electricidad que puede generar un panel solar durante el día (la mayoría son capaces de unos 150 vatios por metro cuadrado), Assaworrarit afirma que la ubicación adecuada y unos cuantos ajustes en la tecnología pueden permitir que el dispositivo recoja
Los paneles solares con efectividad nocturna tienen un gran potencial Actualmente, el equipo de Assaworrarit es capaz de obtener unos 50 milivatios por metro cuadrado de panel solar. Aunque se trata de una pequeña fracción de la cantidad de electricidad que puede generar un panel solar durante el día (la mayoría son capaces de unos 150 vatios por metro cuadrado), Assaworrarit afirma que la ubicación adecuada y unos cuantos ajustes en la tecnología pueden permitir que el dispositivo recoja «alrededor de uno o dos vatios por metro cuadrado», que es mucho más de lo que los paneles solares eran capaces de generar por la noche. Source: Unsplash/Federico Beccari
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