La próxima generación de tecnología CPV hará la generación solar distribuida más eficiente

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.