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Científicos de la Universidad de Stanford han construido un concentrador óptico que supuestamente recolecta más del 90% de la luz que llega a su superficie.

Investigadores de la Universidad de Stanford han creado un concentrador óptico de pirámide de vidrio que concentra la luz en las células solares, independientemente del ángulo de incidencia de la luz.

“Es un sistema completamente pasivo: no necesita energía para rastrear la fuente ni tiene partes móviles”, dijo la coordinadora de investigación Nina Vaidya. “Sin un foco óptico que mueva posiciones o la necesidad de sistemas de seguimiento, concentrar la luz se vuelve mucho más simple”.

El dispositivo AGILE (Axially Graded Index LEns) supuestamente recolecta más del 90% de la luz que llega a su superficie. También crea puntos en la salida que son tres veces más brillantes que la luz entrante.

“Instalados en una capa encima de las células solares, podrían hacer que los paneles solares sean más eficientes y capturar no solo la luz solar directa, sino también la luz difusa que ha sido dispersada por la atmósfera, el clima y las estaciones de la Tierra”, explicaron los científicos, y señalaron que la celda solar podría construirse con menos materias primas y a costos más bajos.

Dijeron que se podría usar una capa superior del concentrador para reemplazar los materiales de encapsulación existentes. Eso, a su vez, crearía espacio para que la refrigeración y los circuitos funcionen entre las pirámides cada vez más estrechas de los dispositivos individuales. La pirámide estaba hecha de diferentes planos de vidrio óptico provistos por la japonesa Ohara Corp.

“La geometría de la pirámide era un cuadrado de 14,5 mm de lado hasta un cuadrado de 8,5 mm dando una concentración de tres, a lo largo de una altura total de 8 mm con 8 capas de vidrio, con cada plano de 1 mm de espesor”, dijeron los académicos.

Juntaron el vidrio con capas de polímeros que desvían la luz en diferentes grados. “Las capas cambian la dirección de la luz en pasos en lugar de una curva suave”, dijeron. “Los lados de los prototipos están reflejados, por lo que cualquier luz que vaya en la dirección equivocada rebota hacia la salida”.

El prototipo puede mejorar la concentración óptica en un factor de tres y lograr una eficiencia del 90 % en la captura de luz, afirmaron en “Óptica de índice graduado de inmersión: teoría, diseño y prototipos”, que se publicó recientemente en Microsystems and Nanoengineering.

“Los resultados de los prototipos funcionales demuestran que la tecnología de índice graduado de inmersión puede mejorar muchas veces la forma en que nos concentramos y combinamos la luz”, dijeron los científicos. “AGILE tiene el potencial de mejorar en gran medida los sistemas optoelectrónicos mediante la reducción de costos, el aumento de la eficiencia y el suministro de un sistema de concentración escalable con antirreflejo y encapsulación incorporados sin necesidad de seguimiento”.

El fabricante de módulos suizo Megasol ha presentado un novedoso sistema fotovoltaico de techo en dos variantes: negro completo y translúcido. La instalación consta de soportes verticales, un perfil de cumbrera y módulos solares.

El fabricante suizo de módulos solares Megasol ha concebido un nuevo sistema en el techo que, según afirma, se puede utilizar para implementar instalaciones fotovoltaicas en el techo homogéneas y empotradas.

Llamado Nicer X, el sistema en el techo está disponible en dos versiones: la variante completamente negra y la translúcida. El primer sistema se basa en 400 módulos solares con una eficiencia de conversión de energía del 21,7 %, espacios de celdas negras, contactos cruzados y barras colectoras traseras. La segunda solución utiliza un espacio de celda transparente más grande que permite que la luz penetre alrededor del 10%.

Ambas soluciones constan de tres componentes: soportes verticales, un perfil de cumbrera y módulos solares. La instalación es fácil, según el fabricante. En el primer paso, los soportes verticales se atornillan directamente sobre los listones del techo existentes después de quitar las tejas viejas. En el caso de un edificio nuevo, se pueden instalar listones de cubierta reducidos.

En el segundo paso, se hace clic en los perfiles de la cumbrera y se pueden instalar los módulos. “Los módulos se colocan completamente sin herramientas: se empujan hasta el tope superior y luego se “cierran, de forma similar a la tapa de un maletero”, explica Michael Reist, jefe de comunicaciones de Megasol. “Un clic audible y una retroalimentación háptica correspondiente confirman que está bien bloqueado en su lugar”. Además, también es posible comprobar visualmente si los módulos solares están fijados de forma segura. Con los cierres a presión del fabricante, los módulos pueden montarse y desmontarse fácilmente varias veces.

Según Megasol, 20 metros cuadrados de la subestructura Nicer X y los módulos solares podrían desplegarse en una hora-persona. El fabricante también ofrece rejillas de alero a juego para el sistema si es necesario. También se afirma que el sistema es completamente impermeable a partir de una inclinación del techo de tres grados, lo que se logra mediante un sello de doble laberinto.

El sistema no solo es adecuado para sistemas fotovoltaicos en el techo, sino también para estacionamientos solares, marquesinas o fachadas. Los espacios de estacionamiento existentes se pueden adaptar y, en el caso de las fachadas, el sistema es particularmente adecuado para edificios tipo vestíbulo o estructuras de acero. En el caso de construcciones de naves sin aislamiento, no se necesitan más elementos de fachada y las láminas trapezoidales se pueden omitir por completo.

El instituto de investigación alemán dijo que la celda de arseniuro de galio ha logrado la mayor eficiencia hasta la fecha para la conversión de luz en electricidad.

El Instituto Fraunhofer de Alemania para Sistemas de Energía Solar ISE afirma haber logrado una tasa de eficiencia de conversión del 68,9 % para una celda solar III-V que se puede utilizar en sistemas de transmisión de energía láser.

“En esta nueva forma de transferencia de energía, llamada energía por luz, la energía del láser se entrega a través del aire o a través de una fibra óptica a una celda fotovoltaica cuyas propiedades coinciden con la potencia y la longitud de onda de la luz láser monocromática”, explicaron los científicos. . “En comparación con la transmisión de energía convencional a través de cables de cobre, los sistemas de energía por luz son especialmente beneficiosos para aplicaciones que requieren una fuente de alimentación con aislamiento galvánico, protección contra rayos o explosiones, compatibilidad electromagnética o transmisión de energía completamente inalámbrica, por ejemplo”.

Los sistemas de transmisión de energía láser no son muy diferentes de los sistemas de transmisión de energía basados ​​en tecnología de microondas. Estos sistemas convierten la fuente de alimentación en un emisor que genera una radiación electromagnética direccional, que posteriormente es absorbida en un receptor. Este último puede convertir esta energía en electricidad, calor o hidrógeno. Estos sistemas se pueden utilizar para la monitorización de aerogeneradores y líneas de alta tensión, así como sensores de combustible en depósitos de aeronaves y redes ópticas pasivas, entre otros.

La celda se construyó con capas cultivadas en un sustrato de arseniuro de galio, que luego se eliminó y se aplicó un espejo altamente reflectante a la superficie posterior de la estructura semiconductora restante ultradelgada. El reflector se optimizó ópticamente a través de una combinación de cerámica y plata y el absorbedor de la celda se basó en arseniuro de galio dopado con nitrógeno y arseniuro de galio y aluminio tipo p.

“Este enfoque de película delgada tiene dos ventajas distintas para la eficiencia”, explicó el jefe del equipo de investigación de Fraunhofer ISE, Henning Helmers. “En primer lugar, los fotones quedan atrapados en la celda y la absorción se maximiza para energías de fotones cercanas a la banda prohibida, lo que minimiza simultáneamente las pérdidas por termalización y transmisión, lo que hace que la celda sea más eficiente. En segundo lugar, los fotones generados internamente adicionalmente por recombinación radiativa quedan atrapados y se reciclan de manera efectiva. Esto extiende la vida útil efectiva del portador, lo que aumenta aún más el voltaje”.

Otros investigadores de Fraunhofer ISE lograron en abril una eficiencia de conversión del 35,9 % para una célula solar monolítica de triple unión III-V basada en silicio. En agosto de 2020, el instituto de investigación anunció una tasa de eficiencia de conversión del 25,9 % para una célula solar en tándem III-V cultivada directamente sobre silicio. Esta celda es una versión modificada de una celda solar III-V con una eficiencia del 34,5 % que se fabrica a través de un proceso conocido como unión directa de obleas, en el que las capas III-V se depositan primero sobre un sustrato de arseniuro de aluminio y galio (GaAs) y luego se prensan. juntos.

Investigadores de la Universidad de Tampere en Finlandia han desarrollado recientemente una célula solar de unión múltiple III-V que, según se afirma, tiene el potencial de alcanzar una eficiencia de conversión de energía cercana al 50%. El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) de los Estados Unidos anunció el año pasado una eficiencia del 32,9 % para un dispositivo de celdas en tándem que utiliza materiales III-V.

Un grupo de investigación dirigido por el profesor Martin Green ha publicado la versión 60 de las tablas de eficiencia de celdas solares.

Un grupo de investigación internacional dirigido por el profesor Martin Green de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia ha publicado la versión 60 de “Tablas de eficiencia de celdas solares” en Progress in Photovoltaics.

Los científicos dijeron que han agregado 15 nuevos resultados a la nueva versión de las tablas desde enero. También señalaron que un apéndice describe nuevos enfoques y terminología.

Desde 1993, cuando se publicaron las tablas por primera vez, el grupo de investigación ha visto mejoras importantes en todas las categorías de celdas.

“Las celdas de cobre, indio, galio y selenio (CIGS) y multiunión han visto las ganancias más consistentes, aunque las perovskitas recientemente han visto ganancias generales similares comprimidas en una escala de tiempo más corta”, dijo Green, en una entrevista el año pasado.

Dijo que el factor más importante para la inclusión en las tablas es que todos los resultados deben medirse de forma independiente en los centros de prueba de la lista del grupo.

“Todos nuestros centros de prueba reconocidos son examinados cuidadosamente antes de su inclusión en nuestra lista y han estado involucrados en pruebas por turnos entre sí, asegurando la consistencia de las mediciones dentro de las estimaciones de incertidumbre incluidas con los resultados publicados”, dijo Green.

El grupo de investigación incluye científicos del Centro Conjunto de Investigación de la Comisión Europea, el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar de Alemania, el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada de Japón, el Departamento de Energía de EE. UU. y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU.

El Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU. ha fabricado una celda solar de perovskita en tándem que puede conservar el 80 % de su eficiencia original después de 1500 horas de funcionamiento continuo, o más de 62 días. Para mejorar su estabilidad, utilizaron un material transportador de huecos hecho de yoduro de fenetilamonio y tiocianato de guanidinio.

El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU. ha desarrollado una celda solar en tándem basada en dos capas de perovskita.

NREL afirma que la celda tiene mejor estabilidad térmica y eficiencia que otros dispositivos tándem basados ​​en perovskitas. Los investigadores utilizaron un material transportador de agujeros hecho de yoduro de fenetilamonio (PEAI) y tiocianato de guanidinio para mejorar la estabilidad celular.

“La adición de tiocianato de guanidinio reforzó la vida útil del portador de menos de 200 nanosegundos a 1 microsegundo”, dijeron, y señalaron que el uso del compuesto también resultó en mejoras notables en las propiedades estructurales y optoelectrónicas del dispositivo.

Señalaron que la formación de una estructura cuasi-bidimensional (cuasi-2D) a partir de aditivos basados ​​en cationes orgánicos voluminosos mezclados fenetilamonio y guanidinio permite el control de defectos críticos. Afirman que esto mejora significativamente las propiedades estructurales y optoelectrónicas de las películas delgadas de perovskita de plomo con una banda prohibida estrecha de 1,25 eV.

“Los aditivos combinados también redujeron la densidad de defectos asociada con la oxidación del estaño a un nivel sin precedentes para las perovskitas de estaño y plomo y similar a los valores de las perovskitas solo de plomo”, dijeron.

La celda solar logró una eficiencia de conversión de energía del 25,5 % y pudo retener el 80 % de su eficiencia original después de 1500 horas de operación continua, o más de 62 días.

“En este nivel de eficiencia en tándem, la mejor estabilidad reportada en la literatura es normalmente de varios cientos de horas”, dijo el grupo de investigación. “La nueva celda también demostró una mejora en el voltaje generado, a 2,1142 V. En comparación, el dispositivo tándem mejor certificado registró 2,048 V”.

Los científicos describieron la tecnología de celdas en “Control de portadores en perovskitas Sn-Pb a través de ingeniería de cationes 2D para celdas solares en tándem de perovskita con eficiencia y estabilidad mejoradas“, que se publicó recientemente en Nature Energy.

Científicos de Arabia Saudí analizaron el potencial de distintas tecnologías solares para satisfacer la demanda energética de los sistemas de refrigeración. Descubrieron que la energía fotovoltaica es la mejor opción rentable, especialmente para los ciclos de refrigeración por compresión en climas cálidos.

Investigadores de la Universidad de Qassim en Arabia Saudita han analizado cómo se podrían usar diferentes tecnologías solares para fines de refrigeración. Descubrieron que la energía fotovoltaica tiene el mayor potencial para tales aplicaciones, especialmente en climas cálidos.

Consideraron la energía fotovoltaica junto con otras dos tecnologías solares: colectores térmicos fotovoltaicos (PVT) y colectores térmicos fotovoltaicos de concentración (CPVT). Compararon el rendimiento de estas tecnologías para los ciclos de enfriamiento de compresión, absorción, adsorción, desecante y eyector.

“Los tipos de ciclos de enfriamiento junto con los paneles fotovoltaicos son limitados”, dijeron, y señalaron que los paneles solares se usan comúnmente para satisfacer la demanda de energía de la refrigeración por compresión, que es fundamental para la conservación de vacunas, los refrigeradores domésticos y las máquinas de hielo. “Las principales razones para usar paneles fotovoltaicos son su alta relación potencia-peso, compacidad, fácil instalación y falta de piezas móviles”.

Los científicos dijeron que dos consideraciones críticas para el desarrollo de sistemas de refrigeración fotovoltaicos son la eficiencia exergética y los valores de destrucción exergética.

“Se ha informado que la destrucción de exergía es considerablemente alta en el panel fotovoltaico”, dijeron. “Además, en un sistema de refrigeración, el compresor considera principalmente la destrucción de exergía. Por lo tanto, los mejores resultados de rendimiento se investigan variando los parámetros del sistema para maximizar la eficiencia de exergía y minimizar la destrucción de exergía”.

El grupo ofreció recomendaciones para diseñadores de proyectos e investigaciones futuras. Dijeron que los paneles solares siempre deben estar conectados directamente a compresores de velocidad variable y argumentaron que se deben usar más compresores para mejorar la eficiencia general del sistema. También sugirieron usar un tanque de almacenamiento de hielo como una forma rentable de eliminar la necesidad de inversores y baterías. Además, dijeron que un mayor número de módulos fotovoltaicos podría garantizar la viabilidad de un refrigerador en días nublados.

“Los refrigeradores domésticos funcionan en un ciclo de compresión, y combinarlos con energía fotovoltaica podría producir un resultado aceptable en lugares donde la electricidad escasea”, dijeron. “Uno de los problemas más importantes de esta tecnología es que es ineficaz durante el invierno y los días lluviosos cuando hay poca energía solar disponible”.

Presentaron sus hallazgos en “Tecnologías térmicas fotovoltaicas y fotovoltaicas para fines de refrigeración: una descripción general“, que se publicó recientemente en Arabian Journal for Science and Engineering. El documento también describe los desafíos y oportunidades para proyectos basados ​​en paneles PVT y CPVT.

Platio Solar de Hungría ha desarrollado una nueva línea de módulos fotovoltaicos con celdas solares monocristalinas y policristalinas con vidrio transparente o vidrio opal.

Platio Solar, con sede en Hungría, lanzó nuevos módulos solares para aplicaciones de pavimento fotovoltaico en el reciente evento Smarter E en Munich, Alemania.

“Se basan en una nueva estructura de marco que proporciona una mejor protección para la superficie del vidrio”, dijo la directora de marketing, Helga Ruscsák. “Se pueden usar para pavimento, terrazas, entradas de vehículos, aceras, parques, caminos para bicicletas, puertos deportivos y caminos de poco tráfico, así como para otras aplicaciones industriales y fuera de la red”.

Los módulos vienen en variantes con celdas monocristalinas y policristalinas convencionales, con una opción de vidrio transparente u opal. Todos los productos miden 353 mm x 353 mm x 41 mm y pesan 6,5 kg.

Los productos policristalinos cuentan con celdas solares de 156 mm x 156 mm con una eficiencia del 18,6 %, con una potencia nominal de 18,2 W. Tiene un voltaje de circuito abierto de 2,66 V y una corriente de cortocircuito de 8,9 A.

Los paneles monocristalinos tienen una eficiencia de conversión de energía del 22,3 %, un voltaje de circuito abierto de 2,72 V y una corriente de cortocircuito de 8,89 A. Están fabricados con cuatro celdas que miden 158,7 mm x 158,7 mm.

Los paneles están cubiertos por 10 mm de vidrio templado tratado con un patrón grabado al ácido. También están equipados con un marco hecho de un compuesto polimérico a base de polietileno de baja densidad (LDPE) y polietileno de alta densidad (HDPE) con material formador de matriz.

“El marco está hecho de plástico 100% reciclado”, dijo Ruscsák.

Todos los módulos tienen una carga máxima permitida por rueda de vehículo de 2 toneladas por módulo. El fabricante afirma que un vehículo con un peso máximo de 8 toneladas podría circular sobre los módulos.

“No pretendemos construir carreteras solares o caminos solares con nuestros productos”, dijo Ruscsák.

Platio Solar dijo que las celdas solares tienen el mismo ciclo de vida que las utilizadas en los paneles convencionales, a pesar de estar expuestas a estrés mecánico.

“Se han realizado varias pruebas en este sentido durante el proceso de certificación CE”, dijo Ruscsák, y señaló que los módulos tienen un sistema de bajo voltaje, lo que hace que caminar sobre ellos sea una opción segura.

La startup portuguesa Solarud ha desarrollado una forma de eliminar la suciedad alrededor de los marcos de los paneles fotovoltaicos con pendientes de baja inclinación. El dispositivo drena el agua que, de otro modo, permanecería estancada en la superficie de los módulos.

La startup portuguesa Solarud ha presentado un dispositivo de drenaje de agua que se puede sujetar a los módulos solares para resolver los problemas de polvo y suciedad.

“La pieza es utilizable en paneles que tengan alturas de marco de 40 mm, 35 mm o 30 mm, y espesores entre 8 mm y 11 mm. Es adecuado para módulos con pendientes de entre 3 y 20 grados”, explica el cofundador de la empresa, António Peres.

El dispositivo se diseñó teniendo en cuenta las instalaciones en la azotea, donde la difícil accesibilidad y los riesgos relacionados con la altura hacen que la suciedad sea una preocupación aún mayor para los contratistas de operaciones y mantenimiento. Si bien el dispositivo no puede reemplazar la limpieza, que sigue siendo esencial, “el objetivo es mejorar la producción de energía entre los ciclos de limpieza evitando el impacto de la suciedad”, dijo Peres.

La compañía afirma ganancias de energía del 3,5 % en promedio, y se logra un mejor rendimiento con paneles solares en posición vertical, cuando la suciedad en la parte inferior del módulo afecta a sus tres subcadenas.

En un estudio de caso, la empresa mostró las ganancias entre dos cadenas iguales en la misma instalación, una instalada con Solarud y otra sin Solarud.

“Todos los módulos se limpiaron en la semana cero y luego comparamos el rendimiento de las cadenas en la semana 13”, dijo Peres.

La empresa desarrolló y produce el dispositivo en Portugal. Está disponible para compras al por mayor, a partir de 50 unidades por USD$106 USD$3 por unidad. Cada pieza pesa 6 gramos y está hecha de plástico reciclable resistente a los rayos UV para una mayor durabilidad.

La empresa está enfocada por ahora en el mercado europeo, pero distribuye globalmente. Sus principales clientes son inversores y propietarios de proyectos que buscan un rápido retorno de la inversión, así como empresas de operación y mantenimiento que buscan brindar un mejor rendimiento junto con sus servicios de limpieza.