Aprovechan los rayos solares como fuente de información

Por todos es conocido el potencial del astro Rey como fuente de luz, calor y energía, lo cual posibilita la vida en la Tierra. Sin embargo, tres investigadores de la Universidad de Penn State, en Estados Unidos, creen que se está perdiendo su aprovechamiento como una valiosa fuente de información.

Mientras, por ejemplo, en la industria solar es habitual medir el potencial de los rayos del sol por su importancia para la producción de energía, muy pocos los utilizan para obtener información. “Si empezamos a recopilar información adecuada podría repercutir en la mejora del rendimiento de los cultivos, para evaluar el riesgo de incendio en superficies con pendiente como las montañas, o para predecir patrones de calentamiento doméstico y generación de energía solar", explica el profesor Jeffrey Brownson en un comunicado de la universidad.

Hasta el momento no se puede disponer de esos datos por el alto precio de la tecnología existente para capturar la direccionalidad de la luz solar sobre una base regular. El pirheliómetro es el instrumento que se utiliza para medir la irradiancia de un haz de luz solar, es decir, la cantidad total de energía solar que incide en un tiempo determinado sobre una superficie de área conocida.

Con este aparato se puede medir el ángulo de luz solar directa con precisión, pero por lo general su precio supera los 18.000 euros. A ello hay que sumar la fragilidad del dispositivo, que incluye partes móviles que se pueden romper con facilidad, así como el mantenimiento regular que requiere.

En busca de soluciones, Brownson se alió con los investigadores Vivek Srikrishnan y George Young para crear una herramienta más barata y que requiriera menos mantenimiento que un pirheliómetro. El resultado es All-Seeing Eye (ASE), que se podría traducir al español como el ojo que todo lo ve, un prototipo que ya están probando en la zona central de Pensilvania.

Visión de insecto, cerebro humano

El origen de la investigación se remonta a un estudio sobre la energía generada por la luz o la radiación solar, necesaria para calentar edificios. "No es lo mismo pararse al sol en verano, que hacerlo a la sombra. Ese calentamiento debe afectar por igual a los edificios", explica Srikrishnan. Así se dieron cuenta de un error en la forma estándar de medir la radiación solar. Habitualmente se utiliza un sensor plano, pero este tiene sus limitaciones, pues no se pueden registrar matices como si hay nubosidad o si la luz se refleja desde un edificio cercano o directamente del sol.

Por contra, ASE funciona de forma similar a la visión de un insecto con un cerebro humano simplificado. Cada ojo está formado por un conjunto de omatidios, cada uno de los cuales se comporta de forma independiente, generando imágenes parciales que se suman para obtener la imagen completa. Del mismo modo, el prototipo de Penn State dispone de cinco sensores que apuntan en diferentes direcciones, trabajando juntos al igual que los omatidios para crear la imagen final.

Sin embargo, el equipo no quería que llegara toda la luz a los sensores, sólo los rayos solares directos, aquellos que inciden directamente sin chocar con nada en el camino. Para conseguirlo recurrieron a una red neuronal artificial, de forma que el dispositivo aprendiera a reconocer los rayos directos y a evitar el resto. Tras miles de ajustes –lo cual sólo lleva un minuto o dos con la capacidad de cómputo actual-, la máquina ha aprendido a distinguirlos.

El resultado es increíblemente preciso, mucho más que los modelos utilizados en el mercado hoy en día. Así, si las herramientas existentes para estimar los rayos directos tienen entre 20 y 30 por ciento de margen de error, con independencia de las condiciones climáticas, ASE no supera el 10 por ciento. La diferencia es mayor en casos concretos, como condiciones de nieve, cuando los modelos existentes registran un margen de error del 48 por ciento, frente a los 15 del nuevo prototipo.

Servicio a la comunidad solar

Una de las grandes ventajas de ASE es su relación coste-eficacia. Los investigadores estiman que su precio podría rondar los 3.600 euros, lo que supone una fracción del precio de un pirheliómetro. De esta forma esperan proporcionar un servicio a la comunidad solar pues, cuantas más personas instalen el dispositivo, mayor información sobre luz solar habrá disponible.

Y es que los científicos inciden en el potencial sin explotar de este tipo de mediciones. Uno de los principales objetivos del proyecto es tratar de reconocer que, aunque el sol es un motor económico importante, el valor de los rayos no se mide con la facilidad con que podría conseguirse.

Son conscientes del escaso debate existente sobre las enormes posibilidades que abre la recogida y aplicaciones de los rayos del sol como datos para la toma de decisiones. Sin embargo, se felicitan por haber dado un importante paso para averiguar mucho más sobre esa potencialidad.