Curiosidades

Paneles solares, turbinas eólicas y energía renovable – el zumbido de la energía directa para diciembre de 2020

¡Bienvenidos a la edición de diciembre de “The Direct Energy Buzz”!

Mientras nos maravillamos con el brillo de la iluminación de las fiestas, es sorprendente notar cuánta de nuestra electricidad proviene ahora de la energía solar, eólica y del almacenamiento de energía. Es aún más asombroso considerar cuánto desarrollo tecnológico ha salido a la luz en sólo los últimos tres meses. Así que este mes, discutiremos un gran descubrimiento sobre las estructuras subatómicas en los paneles solares, la nueva generación de energía establecida por las turbinas eólicas de Texas, y cómo los pozos de petróleo y gas abandonados podrían ser convertidos en fuentes de energía renovable limpia.

Perfectamente Imperfecto

Desde que se utilizó por primera vez en 2009, el óxido de calcio y titanio -también conocido como “Perovskita”- ha demostrado ser aún más eficiente en la conversión de la luz solar en electricidad. Y está demostrando ser un elemento clave para los paneles solares baratos y fáciles de hacer. El material puede ser rociado en las superficies, con diferentes colores (incluso se puede hacer transparente), e impreso en las células solares con una fina película de respaldo para crear paneles solares flexibles.

Las perovskitas orgánicas inorgánicas híbridas (HOIP) se han desarrollado para tener la mayor eficiencia de conversión de energía de la industria. En los últimos siete años, esto ha aumentado del 4 al 22 por ciento. En comparación, la eficiencia térmica del motor de gasolina de un automóvil para convertir el combustible quemado en energía utilizable es de un promedio del 20 por ciento.

Teóricamente, la mayor cantidad de energía que se puede convertir a partir de la luz solar (llamado límite de Shockley-Queisser) es de alrededor del 33 por ciento. Mientras que los paneles solares de tipo perovskita ahora mismo tienen un promedio de entre 11 y 18 por ciento, los desarrolladores confían en que pueden duplicar esa eficiencia en sólo unos pocos años.

El pasado, presente y futuro de la tecnología

La tecnología de paneles solares anterior dependía completamente de estructuras cristalinas perfectas para producir electricidad de manera eficiente. El pequeño defecto de la vela desvía y dispersa la luz solar antes de que pueda ser capturada y convertida en electricidad.

Los perovskitas están llenos de numerosos defectos, pero funcionan más eficientemente. Para entender por qué sucede esto, los investigadores de la Universidad de Columbia experimentaron con los HOIP.

  • En una célula solar, la luz solar energiza los electrones para que se muevan del área de recolección de luz de la célula al área de recolección de energía eléctrica.
  • A medida que el electrón se mueve a través de la célula, pierde parte de la energía que ha recogido.
  • Esto ocurre a un ritmo conocido en las células estándar, pero en las células HOIPs, el ritmo de pérdida de energía se reduce en más de tres órdenes de magnitud, produciendo más energía por electrón.
  • Los investigadores descubrieron que en las células solares HOIP, los electrones son transportados más allá de los numerosos defectos por la formación de estructuras “grandes polaron” que frenan el enfriamiento de la energía de los electrones y protegen a los portadores de carga de chocar con los defectos.

El problema con los HOIP es que no sólo contienen plomo altamente tóxico, sino que también son solubles en agua. En consecuencia, no están listos para ser montados en la parte superior de los techos en la lluvia. Simplemente se lavarán. Por lo tanto, el siguiente paso para hacer viable la tecnología es entender cómo la alta eficiencia de la perovskita puede ser replicada con materiales duraderos y más respetuosos con el medio ambiente.

La generación del viento establece nuevos récords en Texas

El 28 de noviembre de 2020, la energía eólica en la región de ERCOT de Texas proporcionó un récord de 15.033 MW de electricidad a la red de Texas, alrededor del 45 por ciento de la demanda total. El desarrollo de la energía eólica se encuentra actualmente en más de 18.000 MW y con otros 5.000 megavatios en construcción.

El estado también tiene 2.000 MW de energía solar en uso y se espera que se instalen otros 685 megavatios. Para colmo, sólo la mitad de las plantas de carbón en Texas son rentables, y ERCOT estima que unos 5.000 MW se retirarán en unos cinco años.

En todo el país, se espera que los costos de desarrollo de la energía eólica disminuyan en más del 10 por ciento para el año 2020 y podrían disminuir aún más (¡en más del 35 por ciento!) para el año 2050, a medida que se inicien los proyectos en el mar. Mientras tanto, China es el actual líder mundial en generación de energía eólica con 114.364 GW de capacidad instalada (los Estados Unidos tienen 65.628 GW). El mayor modelo de aerogenerador on-shore es el Gamesa G132-5,0 MW. Una sola de estas unidades puede generar suficiente electricidad para satisfacer la demanda de 5.000 hogares durante un año.

La hidroeléctrica bombeada se va al subsuelo

Quidnet Energy recientemente completó su primera demostración de campo para el almacenamiento subterráneo de energía por bombeo en el condado de Erath, Texas, y los resultados de esta tecnología fueron prometedores.

La idea es bombear agua a los pozos de petróleo y gas natural abandonados – no para ser usada para el fraccionamiento o para expulsar los combustibles fósiles restantes – sino para almacenarla bajo presión. La idea es similar a los grandes sistemas de almacenamiento por bombeo, sólo que es subterránea y utiliza los pozos existentes. Utilizando la energía eléctrica producida a través de fuentes renovables solares y eólicas y luego bombeando agua al suelo por la noche cuando las tarifas son baratas, el agua se utiliza para hacer girar las turbinas y generar electricidad durante el día cuando la demanda (y las tarifas) son más altas.

En otras palabras, Quidnet está usando pozos de petróleo gastados asbig baterías subterráneas para energía solar y eólica.

Si bien es cierto que el sistema utiliza una enorme cantidad de agua, no se utilizan productos químicos (como los que se utilizan en el fraccionamiento) y no se crea agua de desecho, porque la misma agua puede ser bombeada al suelo una y otra vez. Debido a que el uso del agua está en un circuito cerrado, pueden incluso utilizar agua no potable, recuperada o deteriorada.

Para que el sistema funcione, necesita formaciones geológicas de muy baja permeabilidad para que el agua no se filtre durante el almacenamiento. Otros problemas incluyen fallas y fracturas que también permiten que el agua presurizada se escape. Encontrar lugares óptimos es la parte difícil de esta tecnología, ya que la demostración de campo de Quidnet funcionó bien – hasta que se encontró una falla subterránea y la presión cayó.

El siguiente paso para Quidnet es construir una planta de demostración a escala comercial en algún momento de 2017 para generar de 5 a 10 MW de electricidad.

¿Tiene alguna sugerencia para futuras entregas del zumbido de la energía directa en 2017? Comparte con nosotros en los comentarios!

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