El posible matrimonio entre la CSP y la concentración fotovoltaica

Hay muy pocas empresas que sigan a nivel comercial la forma de solar que combina CSP y CPV pero un nuevo programa de la ARPA-E está aportando 30 millones de USD para que se investigue la idea.

Se financiarán 12 proyectos para tratar de extraer más de la colecta tanto de luz como de calor procedentes del sol.

Los nuevos adjudicatarios del programa Conversión optimizada de todo el espectro y utilización de la luz solar (FOCUS, por sus siglas en inglés) podrían obtener una nueva forma derivada de la CSP que pueda funcionar con luz difusa. O quizás un avión no tripulado que funcione con energía solar para aproximarse al sol y no perder energía en el calor.

“Se supone que realmente apostamos fuerte —afirmó el director de acciones de la ARPA-E, Cheryl Martin, a EENews TV en marzo—. Le pedimos a todas las mentes brillantes de EE. UU. que aporten ideas sobre cómo conseguirlo. Y puede que seleccionemos entre 10 y 12 ideas que sigan el mismo objetivo”.

Una vez que el proyecto haya recibido la financiación de la ARPA-E, deben lograrse los objetivos cada trimestre a lo largo del período de financiación de tres años. La Agencia se reúne con los adjudicatarios para analizar cómo lo están haciendo.

La Universidad Estatal de Arizona (ASU, por sus siglas en inglés), con una asignación de 2 640 122 USD desarrollará un espejo curvado, como para CSP, pero compuesto por células solares para que pueda captar tanto luz directa como difusa.

“La ARPA-E buscaba propuestas sobre cómo acelerar la eficiencia de CSP al añadir fotovoltaica. FOCUS tiene que ver con cómo hacer que la CSP sea más competitiva al combinar una conversión de eficiencia mayor”, señala el genio de la óptica de telescopios de la Universidad de Arizona, el dr. Roger Angel.

Su equipo está ofreciendo apoyo a los investigadores de la ASU, liderados por Zach Holman, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería Eléctrica, de Ordenadores y de Energía.

Una conversación clarividente

El año pasado, Angel comentó con CSP Today un posible enlace entre la CSP y la CPV.

“Si se puede adoptar todo lo que la CSP ha aprendido sobre seguimiento y espejos pero, simplemente, cambiar lo que ocurre al centrarlo en CPV, quizás exista la oportunidad de conseguir lo mejor de los dos ámbitos”, afirmó el año pasado.

“Lo que me interesa es realmente una zona a medio camino entre la CSP y la CPV, en el sentido de que, anteriormente, la gente de la CSP usaba espejos grandes y la CPV ha empleado poca óptica. Así que una cosa que mi grupo y mi empresa REhnu están haciendo es analizar el puente que existe entre las dos”.

Angel no es ajeno a dichas asignaciones a “mentes brillantes”. Desde la producción del telescopio astronómico de 25 millones de dólares de USD que tardó cuatro años en construirse, cuando hablamos el año pasado, estaba cumpliendo los objetivos que estableció el programa SunShot del Departamento de Energía en lo relativo a diseñar una manera de terminar un espejo parabólico perfecto cada veinte segundos por un coste de 85 USD cada uno en su laboratorio.

La adjudicación del FOCUS que está apoyando en la Universidad Estatal de Arizona también implicará la fabricación de un espejo curvado pero usando células fotovoltaicas en el espejo a fin de que pueda capturar la luz difusa.

Se expande el alcance geográfico de la CSP

“Incluso en Tucson, donde hay una radiación directa normal bastante elevada, todavía existe bastante nubosidad sobre si también se puede emplear eso, es algo positivo. En torno a entre el 25 % y el 30 % de la energía total de la luz en Tucson es nubosa: difusa, no directa”, destaca Angel.

“Entonces, esto amplía el alcance porque se puede ser más efectivo en regiones con mayor nubosidad. También incrementa la eficiencia ya que se utiliza realmente esa luz”.

Asimismo, creo que hay margen para mejorar la eficiencia en CSP. “Hay gato encerrado, la CSP no emplea toda la luz que hay disponible”, indica.

“La CSP pierde por completo entre el 25 % y el 30 % de la energía que los paneles fotovoltaicos pueden utilizar porque no es incidencia directa del sol sino luz difusa del resto del cielo. El mayor componente de la luz difusa procede de las nubes, por eso la fotovoltaica funciona en Alemania”.

Respaldo de CSP-CPV

Una empresa que ya está cubriendo a nivel comercia esta vinculación entre CSP y CPV es Cogenra, uno de los 12 adjudicatarios de FOCUS.

“Vemos esta asignación y el programa FOCUS como una promoción del camino que hemos adoptado para diseñar un sistema fotovoltaico de alta eficiencia que también pueda captar el calor de energía solar bajo demanda almacenada adicional”, señala Mani Thothadri, vicepresidente de gestión de productos en Cogenra.

La atribución de la ARPA-E de 1 996 127 USD a Cogenra ayudará al desarrollo de su innovador sistema de CPV: el T14. Produce electricidad con fotovoltaica de concentración pero también es capaz de captar calor a hasta 120 ºC en su espejo cilindroparabólico.

“Es, básicamente, la siguiente versión de nuestro T14 —declara Thothadri—. Trabajaremos para aumentar la temperatura que recopilamos hasta, casi, los 300 ºC”. Esto se realizará, en parte, al proteger la fotovoltaica de las temperaturas elevadas.

“Tradicionalmente, la dificultad ha sido la explotación de fotovoltaica a temperaturas muy elevadas y el lograr que opere de manera eficiente a estas temperaturas —afirma Thothadri—. Hasta ahora, hemos empleado células basadas en silicio”.

El silicio puede soportar esta temperatura pero el rendimiento se degrada a la mitad por un porcentaje de cada grado Celsius por encima de las condiciones estándar. Las células de heterounión más recientes que surgen ahora cuentan con un rendimiento de temperatura mucho mejor a 120 ºC pero la ARPA-E está buscando un rendimiento a temperaturas incluso superiores para estas aplicaciones fusionadas.

Explotación a temperaturas elevadas

Varias de las adjudicaciones de FOCUS investigan fotovoltaica que soporte temperaturas de hasta 400 ºC. El sistema de energía solar híbrido de doble foco con utilización completa del espectro ampliará la solución de almacenamiento a baja temperatura existente de Cogenra al funcionamiento de CSP a temperaturas superiores.

Las células fotovoltaicas de rendimiento elevado de Cogenra generarán electricidad y se aprovecharán las longitudes de onda de infrarrojos para generar calor a temperatura elevada, que se puede almacenar y convertir en electricidad por encargo con una turbina de vapor.
”Trabajemos en ópticas de filtrado espectral —indica Thothadri—. Así que de manera rentable podemos evitar poner fotovoltaica en los márgenes de temperaturas de 300 ºC. Captamos la fotovoltaica a una temperatura muy inferior porque hacemos uso de un tipo de desintegración espectral”.

La ARPA-E, lanzada solo en 2009 con financiación de la administración Obama, ya está comenzando a mostrar señales de éxito con 24 novedades que surgen de tecnologías que se encuentran en fases iniciales como las que recibieron financiación.

Los que están dentro del sector solar comentaron anteriormente que la “gente de la ARPA-E es muy sofisticada, profesionales del sector tanto de la CSP como de la fotovoltaica”. Y está claro que no tienen miedo de hacer apuestas excéntricas.

Muchos adjudicatarios previos se han asociado con otras agencias o programas del Departamento de Energía para construir los proyectos piloto necesarios para la viabilidad comercial. Por otro lado, la financiación privada ahora funciona en alrededor de seis casos de inversión comercial frente uno de financiación del Departamento.

“Se gestiona riesgo en un lote completo de proyectos en un área de gran importancia y por eso sabemos que no todos funcionarán —indicó Martin—. La ciencia se interpondrá en su camino. Pero, la verdad es que creo que es una manera muy efectiva de reflexionar mucho sobre un ámbito”.

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