NeoFronteras

Avances en energía solar

Área: Tecnología — lunes, 9 de agosto de 2010

Se avanza hacia la meta de conseguir una energía solar barata que compita con las fuentes de energía basadas en el petróleo o gas natural.

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Ensayo con un sistema PETE. Fuente: Universidad de Stanford.

A todo el mundo, incluso a los apologetas (racionales) de los combustibles fósiles, les gustaría que hubiese una energía solar rentable. Sin embargo, la energía solar todavía no es competitiva comparada con las demás. O simplemente siempre sale mucho más barato perforar un agujero y sacar gas o petróleo que invertir en ciencia y tecnología.
El caso es que ahora, cuando el cambio climático nos amenaza y las fuentes convencionales de energía se encarecen, es cuando se está realizando bastante esfuerzo en el desarrollo de la energía solar, con avances muy frecuentes en el campo. Aunque ninguno de ellos es revolucionario, no deja de ser interesante que poco a poco la energía solar se acerque cada día más a la meta de ser una fuente de energía rentable. Muchos de estos avances pasan desapercibidos, pero la coincidencia en el tiempo de algunos de ellos ha hecho que esta redacción se fije en ellos.

El primer resultado es curioso, trata de una propiedad no intuitiva mediante la cual el silicio cambia de una fase sólida a una líquida al enfriarse y sin mediar un cambio de presión. Un equipo del MIT demostró esta fusión inversa en un bloque de silicio con impurezas metálicas.
Calentaron dicho bloque de silicio con impurezas de hierro, cobre y níquel hasta 1000 grados centígrados y luego lo enfriaron hasta 900 grados. En ese momento pudieron observar la formación de gotas de material fundido, pese a que el silicio se funde en condiciones normales a 1414 grados.
La razón de este comportamiento se debía a que las impurezas tendían a emigrar hacia la superficie hasta esas gotitas, rebajando su punto de fusión y dejando regiones de silicio puro detrás.
Lo interesante de este fenómeno es que permite purificar silicio de una manera más económica que los métodos habituales. El silicio es un material muy abundante en la corteza terrestre y las células solares fabricadas con él tienen un rendimiento más que aceptable, pero los costes de purificación del silicio elevan el precio de las mismas hasta un nivel al que la energía solar fotovoltaica ya no es competitiva desde el punto de vista económico.
La idea que tienen estos investigadores es crear gotitas líquidas dentro de los bloque de silicio que sirvan de “aspiradoras” de las impurezas contenidas en él.

El segundo logro consiste en la creación de una nueva tecnología que produzca células solares baratas con un rendimiento aceptable. La idea en este caso es usar partículas de níquel en suspensión coloidal que actúen como puntos cuánticos en células solares.
Como las propiedades de los puntos cuánticos varían con el tamaño (nanométrico) de los mismos se pueden diseñar para que absorban la energía de los fotones de distintas longitudes de onda. Usando una mezcla de estos puntos cuánticos se podría cubrir una buena gama del espectro. Los prototipos conseguidos por Lukasz Brzozowski aún tienen un rendimiento de sólo un 5%, pero el uso de níquel reduce su precio entre un 40% y un 80%. Serán comercialmente rentables cuando lleguen a un 10% de rendimiento.

El tercer descubrimiento ha sido realizado por ingenieros de la Universidad de Stanford. Según ellos un nuevo proceso permite combinar la luz y el calor solar para proporcionar electricidad con un rendimiento que dobla la actual tecnología solar fotovoltaica. Se basa en un proceso de aumento de emisión termoiónica de fotones, o PETE en sus siglas en inglés. Al parecer, esta tecnológica haría que la energía solar pudiera competir con las energías de origen fósil como el gas o el petróleo.
El calor producido por la luz solar que la célula convencional no convierte en electricidad se lleva más del 50% de la energía y además entorpece el propio proceso fotovoltaico. A diferencia de la tecnología fotovoltaica convencional usada en los paneles solares comerciales, que se hace más ineficiente conforme aumenta la temperatura, en el proceso PETE el rendimiento se mantiene a una temperatura que ya ha dejado fuera de combate a las células habituales. Una vez alcanzados los 100 grados las células convencionales dejan de funcionar bien. Un sistema basado en PETE puede trabajar perfectamente hasta los 200 grados.
Este sistema podría tener un rendimiento máximo estimado entre un 50% y un 60%. Además, los materiales necesarios para este tipo de proceso son económicos, como el cesio y el nitruro de galio.
Lo ideal sería usar este tipo de sistema junto a concentradores en forma de espejos parabólicos o similares. Esto, además de conseguir el régimen necesario para que PETE funcione, abarata los costes al utilizar menos semiconductores para una misma superficie receptora de luz.

La cuarta noticia procede del Lawrence Berkeley National Laboratory y versa sobre el uso de selenio y óxido de zinc, materiales que son bastante económicos, en células solares fotovoltaicas.
En concreto, se introduce un 9% de selenio en una matriz de óxido de zinc, incrementándose así la eficiencia de éste último en la absorción de luz. Aunque algunos semiconductores puedan tener buenas cualidades electrónicas a la hora de ser usados en dispositivos fotovoltaicos, no tienen una buena capacidad de absorber la luz solar. En este caso en particular se solucionaría con el uso de selenio.
Estos investigadores sueñan con la posibilidad de usar este tipo de energía para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno y usar estos gases en una nueva economía energética.

A ver si vemos pronto estos avances en el mercado.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3218

Fuentes y referencias:
Nota de prensa sobre fusión retrógrada
Artículo original.
Noticia en Physics World.
Artículo original sobre puntos cuánticos de níquel.
Nota de prensa de la Universidad de Stanford.
Artículo original sobre PETE.
Artículo original sobre selenio dopante en zinc.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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17 Comentarios

  1. JOrge:

    Lamentablemente falta mucho. La energía basada en combustibles fósiles es barata y puede crear unidades generadoras de casi cualquier tamaño. La energía solar, si algún día es rentable, solo funcionará de día. Necesitamos baterías baratas de alta densidad energética por unidad de peso o alguna forma de que tengamos energía solar 24h al día.

    Hasta el mas acerrimo ecologista deja de serlo cunado se le sugiere pagar por energía mas costosa. Si la economía rige nuestro uso de energía seguiremos por donde vamos… al precipicio.

  2. lluís:

    Magnífico artículo;y lo que cuenta a parte de fascinante podría ser una buena solución para la humanidad, aunque no le falta razón a JOrge.Tan interesante es lo referido en estos trabajos que me ha hecho pensar en uno de los mayores disparates que alguien pueda jamás oir sobre la ciencia.Un filosófo de la talla de L.Wittgeinstein, perpetró este pensamiento (o algo así):” Aunque todas las posibles preguntas de la ciencia tuvieran respuesta, ni siquiera rozarian los problemas de nuestra vida..”.
    Como dijo tomás por aquí, “…no nos gusta la filosofía”.Pues no, no me gusta. O almenos cierta filosofía (acaso la más abundante).
    Saludos a todos.

  3. JavierL:

    Aunque solo funcione de día, es justamente durante el dia que hay un mayor consumo electrico, si bien es cierto que no estas en casa con las luces prendidas, estas en el trabajo, con luces, computadora, maquinarias, etc. E igualmente siempre se queda alguien en casa. Tambien te puedo mecionar que se usa muy poca electricidad en la madrugada.

    Así que el consumo eléctrico del día es mayor que en la noche

    Por eso una gran ayuda, si pudiéramos generar por medio de energía solar la mitad de la electricidad durante el día, estimo que estaríamos produciendo cerca del 50% (estimación) de la electricidad diaria, y eso es un 50% menos de CO2 a la atmósfera,

    Yo creo que falta es voluntad política, hay que seguir financiando estas investigaciones y construir mas centrales solares.

  4. Juan Díaz:

    Creo que hay que explorar las extraordinarias propiedades del litio en la generacion de energías, o como parte de ese ciclo de generación de distintos tipos de energia, el litio, creo que fué el “gran ausente” en el recuento del este muy buen artículo.

  5. tomás:

    Amigo lluís; Pero si estamos tan de acuerdo, ¿por qué me atizas con tu garrote ásofo? A ti, lo que te pasa es que tienes ganas de misosofar y me ha tocado recibir los golpes. Voy a aceptar el reto, pero poco, que no quiero dar la lata, ya que nos salimos del tema del artículo y eso tiene sus límites.
    Del filósofo que hablas sólo recordaba que su apellido empezaba por W y acababa en einstein y ¿quién no admira a Einstein? Pero este también tenía su venilla y, por tanto sabía decir, como todo el mundo, alguna tontería. Una frase, más o menos así, se le atribuye: La existencia de un ateo es un sinsentido; no sólo es un desdichado sino que, además, es incapaz de vivir.
    Pero equilibró la balanza con genialidades. Digo “equilibró” por lo mayúsculo de la insensatez.

  6. lluís:

    Hola tomás, tú siempre tan de broma.Me acabas de dar una sorpresa, creí (malamente) que me conocia todas las frases de Einstein.Te aseguro que me cuesta creer que tio Albert dijera tamaña sandez. Y me cuesta creerlo, porqué no es “simétrica” con otras de las muchas frasecillas que se marcó el abuelo,y que seguro conoces.Como Richard Dawkins opino que el señor de la Relatividad se lió demasiadas veces con el asunto de Dios,y al final ha resultado que muchos se apropian de algunas de sus frases para hacernos creer que Albertito era creyente, cuando el mismo dijo no creer en un Dios personal que es capaz de castigar o premiar a sus criaturas, según su antojo, y que pensar en una vida en el más allá sólo era un signo de miedo.En fin supongo que esto seguirá así por mucho tiempo.
    Saludos amigo tomás.

  7. Juan Díaz:

    Insisto que es un problema de LITIO. Tanto a los amigos tomás como lluis, les falta carbonato de litio en el cerebro, porque después que, siguiendo su cientificismo, honestamente renuncio a la especulación filosófica, de la cual si tengo fundamentos, vuelven solos al engima humano esencial de la metafísica. Posiblemente mis envios telepáticos deben haber causado algún efecto “no buscado”, no se preocupen. Todo se soluciona con carbonato de litio en los circuitos neuroquímicos, amén.

  8. Gerardo:

    Me parece excelente la noticia, si se logra resolver el problema de la sustitucion del gas/petroleo por energia solar AUNQUE SEA DE SOLO DE DIA, me parece que seria un gran avance, no creo que la “limitacion” de que produzca solo de dia sea un problema insalvable

  9. Diego Tentor:

    Lo de la energía solar es muy bueno… va a tardar, pero va a llegar.

  10. tomás:

    A Juan Díaz: No está mal tu ironía. Pero debemos procurar respetarnos por lo que te ruego no sigas enviando esas eficaces telepatías porque, aunque me pueda parecer increíble, tienen gran efecto y me han producido una para-litiasis cerebral cuyos cálculos me salen por la nariz vía estrías olfativas -> tracto -> bulbo -> cilios -> epitelio, donde, supongo, tus ondas para-líticas toman corporeidad hasta un tamaño apreciable; como una lenteja, más o menos, muy irritante -el carbonato de litio es cosa mala- por lo que su expulsión es muy frecuente y dolorosa cada vez que, forzosamente, estornudo.
    En cuanto a abandonar o no la filosofía es una decisión personal. Hay filosofía buena y mala, como hay ciencia buena y mala. A mí me interesa aquella filosofía capaz de fundamentar la ciencia.
    Y respecto al litio, mis conocimientos son los comunes; es decir, superficiales. Si estuviera puesto en el tema es posible que hubiese dicho algo. Seguramente sabes tú bastante más que yo y estoy dispuesto a leer tus comentarios con gusto, por lo que te agradecería -y supongo que muchos de los que aquí participamos- que expusieras tu punto de vista. Entonces podremos opinar, polemizar, etc., que es el objetivo que supongo a esta web.
    Te felicito por tu caracter propenso a conseguir amigos y te reprocho que cojas rabietas como la que evidencia tu 7.
    Un cordial saludo.

  11. tomás:

    A lluís: Pues sí; a mí también me extraño, pero es conocido su “Dios no juega a los dados” y puede creerse en muchos tipos de dios. De hecho, cada creyente le otorga una “esencia” más o menos distinta incluso dentro del mismo grupo.
    Respecto a las estupideces que los científicos son capaces de decir, aconsejo leer el último artículo de Opinión “No podemos escapar, tenemos que solucionar”. En él se expone una recomendación de Stephen Hawking por la que propone colonizar el espacio pues la humanidad “al estar sometida a muchas amenazas, lo ideal es no poner todos los huevos en la misma cesta”.
    Otro ejemplo: Francisco Mora, en su libro “El reloj de la sabiduría” que tengo ante mí, da crédito a un tal “Fialkowski (¿1978, 1986?)” quien sugiere, basándose en Von Neuman (¿1963?) -los interrogantes son míos- como especialista en matemáticas y computación, haciendo analogía con otro tal Crantz (El filtro no me deja poner la del mismo sonido que la C), dice, refiriéndose a nuestra evolución en la sabana africana y al calor generado por largas correrías en la caza, que “individuos con cerebros más grandes tendrían cerebros más resistentes al calor que individuos con cerebros más pequeños”. Bien, se ve que no es capaz de entender que la forma menos propicia a la disipación del calor es la esfera y que cuanto mayor sea, peor refrigera, puesto que tiene menor relación superficie/volumen que cualquier otra figura y, además es inversamente proporcional al radio. Cuestión distinta sería si se refiriese a proteger el centro geométrico cerebral, pongamos el sistema límbico o el tálamo de un ambiente caluroso o frío: tardaría más en calentarse o enfriarse por la misma razón.
    Por último, mi admirado Hans Reichenbach, científico y filósofo de la ciencia, en su obra “Filosofía científica” dice: “Supongamos que durante la noche todos los cuerpos físicos, incluso nuestros propios cuerpos se hicieran diez veces mayores (supongo, a su favor que se refiere al volumen). Al despertar esta mañana no podríamos probar ya esta suposición” Esto es absolutamente falso y es fácilmente rebatible: Si ello sucede aumentando el volumen sin que aumente la masa (menor densidad), la Tierra se hubiera quedado sin atmósfera en un instante, así que tendría razón: no nos daríamos cuenta porque habríamos muerto. Si ocurre manteniendo la densidad, la descomunal gravedad escacharía nuestros cuerpos y la Tierra iniciaría un viaje a toda velocidad hacia el Sol, ya que la distancia habría aumentado sólo en la raíz cúbica de 10, pero las masas se habrían multiplicado por 10, así que la fuerza atractiva habría aumentado en un factor de aproximadamente 100/4´64 = 21´5 (Salvo que la cosa hubiese afectado a la constante gravitatoria que no creo en este caso porque sus dimensiones acogen m^3/kg que es un inverso de la densidad; en el primero dividiría por 10 la fuerza además de aumentar las distancias en ese 4´64, por lo que la fuerza atractiva sería 46´4 veces mayor, agravando mis augurios. Bueno, esto a bote pronto, ya que no breve).
    En fin, que tonterías las hay para todos los gustos y en todos los ámbitos. Basta ser un poco crítico para descubrirlas.
    No puede fiarse uno de nadie, salvo de la propia razón y aun así estamos expuestos a equivocarnos.
    Un cordial saludo.

  12. tomás:

    A Diego Tentor: Envidio tu brevedad, pero ¿qué quieres decir?
    Un cordial saludo.

  13. Juan Díaz:

    Bien, debo disculpar mi demora, ya que deberiamos volver la mirada a una “metacritica” de la ciencia. A saber: Filosofias de la ciencia. Historicidad y contexto de las ciencias. Cambios paradigmáticos. Y otros:
    Problema de la Inducción. Problemas de los distintos tipos de inferencia. De los aprioris causalísticos de la ciencia. De la multicausalidad y las correlaciones experimentales y estadísticas simples. Problema de el tipo de logica (analítica o dialéctica)que cada tipo de problema requeriría.
    Los anteriores, no están citados de un Texto sin con-texto, son
    sólo algunos de los dilemas que recuerdo y cultivo.
    Pero en lugar de profundizar, veo en uds. un anecdotario, tal vez esta sea una página de descubrimientos anecdóticos, y cientificismo acrítico. Muy bien, ahí van otras dos abc ciencia y scienceNOW, por si las quisieran visitar.
    Yo, la verdad, estoy cansado de abstracciones superfluas. Y de ironías.

  14. JAvier:

    Juan, si estás asi porque no nos pusimos la culpa no es nuestra. Llegaste y dijiste en plan rabieta de niño chico que había que hablar de los usos del litio para generar energía. Ninguno de nosotros podría decir sin más mucho más que lo que se encuentre por ahí, que por cierto, lo más parecido que encuentro es una especie receta de cocina que en teoría sirve para sacar deuterio del agua, lo que no soluciona mucho ya que aún no tenemos reactores de fusión eficientes. Salvo que te refieras a otra cosa no hay mucho más que discutir, y si ese fuera el caso deberías explicarte mucho mejor. Desde mi punto de vista, y apuesto que tambien desde el de los demás, esto es lo que está pssando (por si acaso, esto es una parodia):

    -El vinagre cura el cancer, hablemos de eso.
    [Todos lo tomamos por un delirio y seguimos con nuestras vidas]
    -¡¡¡¡¡¡¡¡QUE DISCUTAMOS DE ESO LES DIGO!!!!!!!!!!
    -Calmate, no se nada de eso.
    -¡¡¡Los voy a mandar al manicomio manda de hipócritas!!!

    Ahora tiras una larga lista de temas sobre los que no dudo que sea interesante discutir, pero de ninguna manera invitas a eso. ¿O acaso si yo digo “hablemos de lo inapropiado que es la definición de especie para casi todos los seres vivos de la tierra” te dan ganas de hablar de eso? ¿así sin más?

    En cuanto a eso de no profundizar, está claro que no has leído lo suficiente a los demás. Cada vez que se da la posibilidad se aporta con información adicional a la que se da en el artículo, pero claro, cada quien aporta sobre el campo en que se siente cómodo y/o tiene cierta preparación. Pero nadie se va a poner a discutir sobre si tal toería de física de altas energías tiene es mejor que otra por algo que no sea porque le parece. No es falta de deseo de profundizar, es que para poder discutir a ese nivel es necesario años de preparación, no por nada no han habido hombres expertos en todos los campos de la ciencia desde Da Vinci. Simplemente es demasiado, no en bano la tendencia actual es a formar equipos de diversas disiplinas parea afrontar un problema y no tanto el típico científico solitario encerrado en su laboratorio.

    Saludos

    PD: Solo por curiosidad ¿no estaras jugando con nosotros para ver como reaccionamos?

  15. Juan Díaz:

    De acuerdo. Efectivamente pequeñas y graduadas dosis de veneno fueron usadas para tratar el cáncer y la tubercolosis. No sé si el vinagre, pero si el arsénico, tal vez con una mezcla de bicarbonato, pero, insisto, en dosis bajas, no letales a largo plazo tampoco.
    En cuanto al Litio, me refiero a él porque somos en Chile la primera reserva mundial, y es clave tanto en farmoquímica, como
    en generacion nuclear, y otros usos tecnológicos muy sofisticados.
    Se cree que generación de energias alternativas, por cierto, desconzco la base física de la aplicación, por eso les preguntaba.
    Respecto a temas en filosofía de la ciencia, como retomo mis lecturas, voy a ver que comentaron uds. por esta página.
    Por último, no tengo un plan para molestar o importunar, solo estoy siendo sincero y, por supuesto, bastante “temperamental”,
    pero eso fué porque Neo me acusó de “hacer apología de la pseudociencia” ¿Cómo puede decir que hago apología de algo que él ignora lo que es?

  16. NeoFronteras:

    Es una pena que este tipo de tecnología haya chocado contra el factor fundamental de la economía: el incentivo.
    Hasta ahora no había incentivo en investigar este tipo de tecnología porque la energía de origen fósil era muy barata y se desconocía el calentamiento global.
    Cuando se desarrollaron los satélites de comunicaciones las células fotovoltaicas se desarrollaron al instante. No importaba que fueran caras o poco eficientes, porque en el espacio no hay petroleo que valga.
    Hasta ahora no ha habido incentivo para el desarrollo de este tipo de tecnología aquí en la superficie.
    La pregunta fundamental es si llegarán a tiempo. En un mundo en crecimiento exponencial puede que lleguen tarde.
    Quizás un incentivo previo por parte de los gobiernos hubiera bastando, pero los políticos sucumben a sus propios incentivos que son perpetuarse en el poder a base de mirar el cortoplacismo de una inversión económica pensada en los votos a cuatro años.

  17. tomás:

    Estimado y temperamental Juan Díaz: ¡Ya puedo decir algo sobre lo que te interesa!. Parece ser que en la ciudad de Vigo se va a montar una fábrica de baterías de ¡LITIO! para automóviles propiedad de GS-Juasa, asociada de Mitsubishi, por un valor de 500 millones de euros. Pero si no se hace en España, Austria podría ser su destino. Acabo de enterarme y quería ser el primero en darte esa alegría. Si eres accionista de las minas te felicito.
    Un cordial saludo y que sea para bien.

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