Los concentradores solares son un sistema con una eficiencia energética muy superior, que concentra la luz de sol como si fuera una lupa y la convierte en electricidad y calor, y cuyas unidades tienen el curioso aspecto de girasoles gigantes de metal y cristal.

El sistema fotovoltaico térmico de alta concentración (HCPVT, por sus siglas en inglés) se asemeja a un girasol de diez metros de altura. Estas gigantescas flores ‘high tech’ comenzarán a ser un elemento familiar del paisaje en muchos países a partir de 2017, cuando está previsto que esta nueva fuente de energía solar llegue al mercado.  

Este sistema utiliza una antena parabólica de 40 metros cuadrados, fabricada con un hormigón patentado a base de fibras, que puede ser moldeado en casi cualquier forma en menos de cuatro horas y tiene una características mecánicas similares a las de aluminio, pero a una quinta parte el costo, según sus creadores.

Estos gigantescos girasoles de alta tecnología, desarrollados por la compañía con sede en Suiza Airlight Energy (www.airlightenergy.com), en  asociación con IBM Research (www.research.ibm.com) son capaces de concentrar la radiación solar 2.000 veces y convertir el 80 por ciento de esa radiación en 12 kilovatios de energía eléctrica y 20 kilovatios de energía calorífica en un día soleado.

Esto es suficiente como para abastecer el consumo de varios hogares promedio, según sus desarrolladores.

La parte interior cóncava de la antena parabólica está cubierta con 36 espejos elípticos hechos de una delgada lámina de plástico reciclable con un recubrimiento de plata, ligeramente más gruesa que la envoltura de las barras de chocolate, y que luego son curvados, señalan desde IBM Research-Zurich (Suiza).

Según la misma fuente, esta superficie espejada concentra la radiación solar al reflejarla en varios receptores refrigerados por agua, mediante un sistema de microcanales inspirado en los vasos sanguíneos del cuerpo humano, y cada receptor incluye una gran cantidad de "chips fotovoltaicos multiunión".  

SISTEMA PROTEGIDO  Y ANIMALES A SALVO

Estos dispositivos de un centímetro cuadrado cada uno y similares a los utilizados en los satélites en órbita, transforman la energía solar concentrada que reciben en electricidad con una potencia eléctrica de hasta 57 vatios en un típico día soleado, según IBM Research-Zurich.

Los espejos y el receptor están encerrados con una gran caja de plástico transparente inflado para protegerlos de la lluvia y el polvo, y este recinto también evita que las aves y otros animales corran peligro de entrar en contacto  con el sistema y sean dañados.

Según IBM, todo este sistema se asienta en una plataforma de seguimiento avanzada, que posiciona el plato parabólico en el mejor ángulo para capturar los rayos del sol a lo largo del día.

Con esta tecnología, los investigadores creen que se podrá producir un alto volumen de energía eléctrica y térmica con un coste de dos a tres veces más bajos que los sistemas fotovoltaicos comparables.

"Con el HCPVT estamos marcando el comienzo de una nueva generación de tecnología de energía solar", señala el doctor Gianluca Ambrosetti, jefe de Investigación de Airlight Energy con responsabilidades en la construcción de estas flores de alta tecnología, que serán capaces de operar durante 60 años con un mantenimiento adecuado y reemplazando  cada 10-15  años sus espejos y cada 25 años, sus receptores o células fotovoltaicas.

"Además de generar electricidad, el sistema HCPVT también puede complementarse con más equipos, para desalinizar el agua salada, así como para generar aire acondicionado obtenido a partir de su agua caliente", añade Ambrosetti.

Según Airlight Energy, estos girasoles fotovoltaicos podrían contribuir a mejorar la situación de los alrededor de 1.300 millones de personas, en torno al 20 por ciento de la población mundial, que todavía no tienen acceso a la electricidad, la mayoría de las cuales se concentran en el África subsahariana y los países asiáticos en vías de desarrollo y habitan en zonas rurales, y también podría ser una opción para los más de 780 millones de personas que no cuentan con agua potable.

TECNOLOGÍA QUE APROVECHA EL ‘EFECTO LUPA’

“Un concentrador solar es básicamente una lupa, que junta la luz del sol hacia un punto denominado focal, mediante una óptica que puede ser una lente o un espejo parabólico. En ese punto focal se colocan las celdas fotovoltaicas que transforman la radiación solar en energía eléctrica”, explica a Efe desde Suiza, Stephan Paredes, investigador de IBM Research-Zurich. 

"Habitualmente, esos concentradores o “celdas de alta eficiencia” solo convierten un 40 por ciento de la energía entrante en electricidad, mientras que el resto se encuentra como energía térmica, por lo cual el sistema se tiene que refrigerar", añade.

Según Paredes, para que esto no haga más caro al sistema están usando una refrigeración más eficaz que permite enfriar a altas temperaturas, lo que permite juntar la energía térmica para que pueda ser reutilizada en otros procesos como la purificación de agua.  

“Eso hace que se pueda aprovechar hasta el 80 por ciento de la radiación solar capturada”, destaca Paredes.  

Para entender mejor qué significa el que este sistema pueda concentrar la radiación solar 2000 veces, Paredes indica a Efe, que la unidad de medida de la radiación solar es W/m2 (vatios por metro cuadrado) y se puede medir convirtiendo la energía de radiación en energía térmica.  

“Para calcularla en los sistemas de concentración solar, se toma una placa de metal refrigerada con agua y se mide la temperatura de entrada y de salida del líquido. Teniendo en cuenta el volumen de flujo de agua, se puede calcular la cantidad de energía acumulada, que es proporcional a la irradiación solar”, señala.

Según este investigador de IBM, los sistemas tradicionales de alta concentración solar tienen costos elevados por dos razones principales: porqué su óptica es cara y porque cada celda fotovoltaica es independiente, por lo que tiene que ser refrigerada e interconectada por separado, lo que aumenta los costos.

"En cambio, nuestro sistema usa ópticas de bajo costo con un solo concentrador para todas las celdas solares y, por lo tanto, solo son necesarios un sistema óptico y uno de refrigeración”, dice.  

"Los primero prototipos industriales de este sistema estarán disponibles en 2016, y sus principales aplicaciones serán en dos campos: los mercados emergentes, donde los costos de energía son altos y escasea el agua potable; y los mercados desarrollados, en lugares donde los precios del terreno son altos o sean necesarias las certificaciones de "green building" (edificio “verde” o sostenible y respetuoso del medioambiente)", adelanta Paredes.