Tendencias Científicas
El color reacciona y cambia con el calor. Fuente: EPFL
Los paneles solares térmicos se utilizan para producir agua caliente y contribuir a la calefacción del hogar. Durante las temporadas más frías toda la energía que absorben es útil.
Sin embargo, en verano, los colectores tienden a acumular un exceso de calor, lo que se origina cuando existe demasiada captación solar en relación al consumo que se hace de la energía obtenida. Cuando esto ocurre los colectores retienen el calor que no se ha evacuado y elevan su temperatura hasta niveles que pueden resultar peligrosos para la instalación.
Para tratar de evitar ese problema, un equipo de investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, ha desarrollado un material inteligente que cambia sus propiedades en función de la temperatura. Así, en caso de sobrecalentamiento durante el verano, este nuevo material permitiría al colector deshacerse del exceso de energía mediante la radiación de la misma.
La investigación, dirigida por el profesor Andreas Schüler, acaba de publicarse en la revista especializada Solar Energy. Su lanzamiento se sumaría a otros materiales inteligentes integrados ya en otros sistemas de energías renovables, lo que ha contribuido a aumentar tanto la eficiencia ambiental como energética de diseños convencionales.
Sin embargo, en verano, los colectores tienden a acumular un exceso de calor, lo que se origina cuando existe demasiada captación solar en relación al consumo que se hace de la energía obtenida. Cuando esto ocurre los colectores retienen el calor que no se ha evacuado y elevan su temperatura hasta niveles que pueden resultar peligrosos para la instalación.
Para tratar de evitar ese problema, un equipo de investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, ha desarrollado un material inteligente que cambia sus propiedades en función de la temperatura. Así, en caso de sobrecalentamiento durante el verano, este nuevo material permitiría al colector deshacerse del exceso de energía mediante la radiación de la misma.
La investigación, dirigida por el profesor Andreas Schüler, acaba de publicarse en la revista especializada Solar Energy. Su lanzamiento se sumaría a otros materiales inteligentes integrados ya en otros sistemas de energías renovables, lo que ha contribuido a aumentar tanto la eficiencia ambiental como energética de diseños convencionales.
Dopaje
Como explica la EPFL en un comunicado, los tanques y el resto de elementos del equipo solar tienen que soportar temperaturas muy altas -a veces superan los 80⁰- varias veces durante cada verano. Con el tiempo, el fluido de transferencia de calor se degrada. Los sensores, el aislamiento térmico y la capa absorbente sufren y se vuelven menos eficientes.
Un panel solar "ideal" debe ser capaz de absorber el calor hasta un punto y luego repeler los rayos del sol, como si de un espejo se tratara, para evitar el sobrecalentamiento. "Un espejo no absorbe el calor. Es por eso que las mantas de rescate de montaña tienen un recubrimiento de aluminio. Pero también necesitamos elementos absorbentes", explica Schüler.
El laboratorio de la EPFL se centra en optimizar la temperatura de transición a través de un "dopaje" que se adapta al material. El resultado es un componente inteligente, imperceptible a simple vista, que debe comportarse como un "buen" semiconductor a temperaturas más bajas y como "mal" conductor metálico a temperaturas más altas. "Con una capa de este material sobre un sustrato metálico se puede obtener una superficie con una emisividad térmica baja en estado frío y alta emisividad térmica en uno caliente”, señala el investigador.
Como explica la EPFL en un comunicado, los tanques y el resto de elementos del equipo solar tienen que soportar temperaturas muy altas -a veces superan los 80⁰- varias veces durante cada verano. Con el tiempo, el fluido de transferencia de calor se degrada. Los sensores, el aislamiento térmico y la capa absorbente sufren y se vuelven menos eficientes.
Un panel solar "ideal" debe ser capaz de absorber el calor hasta un punto y luego repeler los rayos del sol, como si de un espejo se tratara, para evitar el sobrecalentamiento. "Un espejo no absorbe el calor. Es por eso que las mantas de rescate de montaña tienen un recubrimiento de aluminio. Pero también necesitamos elementos absorbentes", explica Schüler.
El laboratorio de la EPFL se centra en optimizar la temperatura de transición a través de un "dopaje" que se adapta al material. El resultado es un componente inteligente, imperceptible a simple vista, que debe comportarse como un "buen" semiconductor a temperaturas más bajas y como "mal" conductor metálico a temperaturas más altas. "Con una capa de este material sobre un sustrato metálico se puede obtener una superficie con una emisividad térmica baja en estado frío y alta emisividad térmica en uno caliente”, señala el investigador.
Energía en alza
El equipo trabaja específicamente en materiales que son absorbentes en el espectro solar y reflexivos en el rango infrarrojo, una distinción que se puede hacer según la longitud de onda, lo que se conoce como efecto selectivo.
Precisamente la innovación de este proyecto es la combinación exitosa de un efecto selectivo con una función termocrómica, por la cual el color reacciona y cambia con el calor, un cambio de fase que se produce a partir de 68⁰.
Como consecuencia, el nuevo material desarrollado en el laboratorio permite una absorción eficiente de la energía solar, al tiempo que reduce el impacto del recalentamiento.
Actualmente, la Unión Europea es el segundo territorio, tras China, en instalaciones de energía solar térmica. Según un informe de la Comisión Europea sobre la evolución de las energías renovables en la UE publicado recientemente, la solar térmica cubre ya el 17 por ciento de las necesidades de climatización, una cifra que va en alza, aunque tiene un potencial de crecimiento mucho mayor.
Estos datos ponen de relieve los retos y oportunidades aún por explorar para alcanzar los objetivos de 2020, que incluyen compromisos como cubrir al menos un 20 por ciento del consumo total de energía de la UE con energías renovables. De esta forma, se pretende no sólo reducir la dependencia exterior de la UE en su abastecimiento energético, sino también impulsar medidas en la lucha frente al cambio climático.
El equipo trabaja específicamente en materiales que son absorbentes en el espectro solar y reflexivos en el rango infrarrojo, una distinción que se puede hacer según la longitud de onda, lo que se conoce como efecto selectivo.
Precisamente la innovación de este proyecto es la combinación exitosa de un efecto selectivo con una función termocrómica, por la cual el color reacciona y cambia con el calor, un cambio de fase que se produce a partir de 68⁰.
Como consecuencia, el nuevo material desarrollado en el laboratorio permite una absorción eficiente de la energía solar, al tiempo que reduce el impacto del recalentamiento.
Actualmente, la Unión Europea es el segundo territorio, tras China, en instalaciones de energía solar térmica. Según un informe de la Comisión Europea sobre la evolución de las energías renovables en la UE publicado recientemente, la solar térmica cubre ya el 17 por ciento de las necesidades de climatización, una cifra que va en alza, aunque tiene un potencial de crecimiento mucho mayor.
Estos datos ponen de relieve los retos y oportunidades aún por explorar para alcanzar los objetivos de 2020, que incluyen compromisos como cubrir al menos un 20 por ciento del consumo total de energía de la UE con energías renovables. De esta forma, se pretende no sólo reducir la dependencia exterior de la UE en su abastecimiento energético, sino también impulsar medidas en la lucha frente al cambio climático.
Referencia bibliográfica:
Antonio Paone, et al. Temperature-dependent multiangle FTIR NIR–MIR ellipsometry of thermochromic VO2 and V1−xWxO2 films. Solar Energy (2015). DOI: 10.1016/j.solener.2015.05.020
Antonio Paone, et al. Temperature-dependent multiangle FTIR NIR–MIR ellipsometry of thermochromic VO2 and V1−xWxO2 films. Solar Energy (2015). DOI: 10.1016/j.solener.2015.05.020
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