Módulos de concentración fotovoltaica desarrollados por el instituto alemán Fraunhofer-ISE en el que se integrarán las lentes desarrolladas por la UPM. Fuente: UPM.
El Instituto de Energía Solar (IES) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) participa en un proyecto europeo público-privado, denominado CPVMatch, que tiene como objetivo el desarrollo de módulos de concentración fotovoltaica de muy alta eficiencia.
Forman parte de este proyecto, que cuenta con un presupuesto de 5 millones de euros financiado por el programa Horizonte 2020 de la Unión Europea, los principales centros de investigación y empresas europeas del sector, como el Instituto Fraunhofer-ISE alemán, el CEA-INES francés, el centro vasco Tecnalia o las empresas alemanas Azur Space y Aixtron. Arrancó en mayo y su duración es de 3 años y medio.
Las células solares multiunión utilizan semiconductores de los grupos III-V y consisten en un conjunto de subcélulas conectadas en serie, de manera que cada una de ellas es capaz de transformar en electricidad una parte del espectro solar. Gracias a este mejor aprovechamiento del espectro, son los dispositivos fotovoltaicos que han demostrado una mayor eficiencia, llegando al 46%.
Una de las líneas de investigación del proyecto, liderada por el instituto alemán Fraunhofer ISE, tiene como fin desarrollar células de cuatro uniones, de manera que alcancen una eficiencia del 50%.
Para conseguir sistemas que resulten competitivos en coste, las células multiunión se utilizan bajo luz concentrada, lo que exige desarrollar ópticas que permitan simultáneamente elevada concentración, alta eficiencia y bajo coste. Y en este campo, informa la UPM en una nota de prensa, destaca el IES, que posee una dilatada experiencia en el diseño, fabricación y caracterización de ópticas para concentración fotovoltaica. Como fruto de ello, varios investigadores del centro han diseñado y patentado una lente que permite alcanzar una concentración tres veces superior a una lente de Fresnel pero con la misma tolerancia al tracking o seguimiento solar.
Forman parte de este proyecto, que cuenta con un presupuesto de 5 millones de euros financiado por el programa Horizonte 2020 de la Unión Europea, los principales centros de investigación y empresas europeas del sector, como el Instituto Fraunhofer-ISE alemán, el CEA-INES francés, el centro vasco Tecnalia o las empresas alemanas Azur Space y Aixtron. Arrancó en mayo y su duración es de 3 años y medio.
Las células solares multiunión utilizan semiconductores de los grupos III-V y consisten en un conjunto de subcélulas conectadas en serie, de manera que cada una de ellas es capaz de transformar en electricidad una parte del espectro solar. Gracias a este mejor aprovechamiento del espectro, son los dispositivos fotovoltaicos que han demostrado una mayor eficiencia, llegando al 46%.
Una de las líneas de investigación del proyecto, liderada por el instituto alemán Fraunhofer ISE, tiene como fin desarrollar células de cuatro uniones, de manera que alcancen una eficiencia del 50%.
Para conseguir sistemas que resulten competitivos en coste, las células multiunión se utilizan bajo luz concentrada, lo que exige desarrollar ópticas que permitan simultáneamente elevada concentración, alta eficiencia y bajo coste. Y en este campo, informa la UPM en una nota de prensa, destaca el IES, que posee una dilatada experiencia en el diseño, fabricación y caracterización de ópticas para concentración fotovoltaica. Como fruto de ello, varios investigadores del centro han diseñado y patentado una lente que permite alcanzar una concentración tres veces superior a una lente de Fresnel pero con la misma tolerancia al tracking o seguimiento solar.
Lente de Fresnel clásica y lente nueva desarrollada por el IES-UPM que permite triplicar la concentración. Fuente: UPM.
Aberración
El índice de refracción del material del que están hechas las lentes de Fresnel clásicas varía con la longitud de onda y, en consecuencia, ocasiona una importante aberración cromática que limita la concentración alcanzable. El doblete acromático que tradicionalmente se utiliza para reducir la aberración, y que está basado en una pareja de vidrios con diferente dispersión, resulta prohibitivamente caro para esta aplicación.
Sin embargo, el diseño de lente propuesto por los investigadores del IES-UPM disminuye la aberración cromática utilizando un novedoso procedimiento de fabricación que utiliza otros materiales y que permite alcanzar costes muy reducidos, de manera que la ganancia en concentración se obtiene sin que la óptica aumente su precio.
En el proyecto CPVMatch, el IES-UPM lidera la línea de investigación dedicada al diseño, construcción de prototipos, medida y análisis de esta lente. Además, dentro del proyecto, se fabricarán módulos de concentración fotovoltaica que combinen ambos conceptos: las células multiunión de alta eficiencia y la lente propuesta por el IES-UPM.
Está previsto que estos módulos de concentración alcancen valores de eficiencia que dupliquen a los de los paneles planos basados en silicio que se utilizan en la actualidad. De esta forma, se podrá reducir el coste de la energía fotovoltaica, el tiempo de retorno energético de los paneles y la superficie que ocupan.
Otro proyecto
El Grupo de Sistemas Fotovoltaicos del Instituto de Energía Solar también ha liderado el proyecto europeo PVCrops, para aumentar la proporción de energía fotovoltaica en las redes eléctricas europeas, y reducir el precio de generación del kWh.
El impacto social de estos objetivos en Europa va más allá de una cuestión medioambiental, afirmaba en enero el coordinador del proyecto, Luis Narvarte, profesor de la Escuela de Ingeniería y Sistemas de Telecomunicación de la UPM. “Uno de los principales problemas europeos es la dependencia de recursos energéticos del exterior". La alta proporción de generación eléctrica fotovoltaica reduciría esta dependencia y, con ello, el riesgo de inestabilidad social y política.
PVCrops tendrá también un gran impacto sobre la economía europea. Según Narvarte, “el descenso de los precios de los módulos fotovoltaicos (que se han dividido por 7 en los 5 últimos años gracias a la economía de escala y a la competencia procedente de China) no sólo ha permitido que la electricidad fotovoltaica pueda ser competitiva con las fuentes fósiles de energía, sino que ha provocado que la proporción de su coste sobre el total del sistema descienda bruscamente”.
El índice de refracción del material del que están hechas las lentes de Fresnel clásicas varía con la longitud de onda y, en consecuencia, ocasiona una importante aberración cromática que limita la concentración alcanzable. El doblete acromático que tradicionalmente se utiliza para reducir la aberración, y que está basado en una pareja de vidrios con diferente dispersión, resulta prohibitivamente caro para esta aplicación.
Sin embargo, el diseño de lente propuesto por los investigadores del IES-UPM disminuye la aberración cromática utilizando un novedoso procedimiento de fabricación que utiliza otros materiales y que permite alcanzar costes muy reducidos, de manera que la ganancia en concentración se obtiene sin que la óptica aumente su precio.
En el proyecto CPVMatch, el IES-UPM lidera la línea de investigación dedicada al diseño, construcción de prototipos, medida y análisis de esta lente. Además, dentro del proyecto, se fabricarán módulos de concentración fotovoltaica que combinen ambos conceptos: las células multiunión de alta eficiencia y la lente propuesta por el IES-UPM.
Está previsto que estos módulos de concentración alcancen valores de eficiencia que dupliquen a los de los paneles planos basados en silicio que se utilizan en la actualidad. De esta forma, se podrá reducir el coste de la energía fotovoltaica, el tiempo de retorno energético de los paneles y la superficie que ocupan.
Otro proyecto
El Grupo de Sistemas Fotovoltaicos del Instituto de Energía Solar también ha liderado el proyecto europeo PVCrops, para aumentar la proporción de energía fotovoltaica en las redes eléctricas europeas, y reducir el precio de generación del kWh.
El impacto social de estos objetivos en Europa va más allá de una cuestión medioambiental, afirmaba en enero el coordinador del proyecto, Luis Narvarte, profesor de la Escuela de Ingeniería y Sistemas de Telecomunicación de la UPM. “Uno de los principales problemas europeos es la dependencia de recursos energéticos del exterior". La alta proporción de generación eléctrica fotovoltaica reduciría esta dependencia y, con ello, el riesgo de inestabilidad social y política.
PVCrops tendrá también un gran impacto sobre la economía europea. Según Narvarte, “el descenso de los precios de los módulos fotovoltaicos (que se han dividido por 7 en los 5 últimos años gracias a la economía de escala y a la competencia procedente de China) no sólo ha permitido que la electricidad fotovoltaica pueda ser competitiva con las fuentes fósiles de energía, sino que ha provocado que la proporción de su coste sobre el total del sistema descienda bruscamente”.