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¿Puede el hidrógeno sustituir al gas natural?

El hidrógeno es una de las principales alternativas para sustituir a los combustibles fósiles, que representan claramente un problema de sostenibilidad ambiental. Aunque la naturaleza pueda regenerarse tras grandes catástrofes, necesita un tiempo que la sociedad humana no le da. Por ello debemos analizar si el hidrógeno puede sustituir al gas natural y otros combustibles fósiles, como energía renovable o simplemente ser un complemento.

Gas Natural vs Hidrógeno

Sin embargo, para hablar de la sustitución del gas por hidrógeno, o que sean complementarios, primero debemos conocerlos. Para empezar, debemos saber que el hidrógeno es el elemento más simple y el más abundante en el universo. Bajo las condiciones de nuestro planeta, el gas existe en forma di-atómica, H2. Sin embargo, debido a su alta volatilidad no suele estar en estado puro, sino combinado con otros elementos.

Esta alta volatilidad o capacidad de reacción hace que sea interesante como combustible puesto que, al reaccionar con otros elementos, el proceso químico-físico desprende gran cantidad de energía. Sin embargo, también es difícil su fabricación para conseguir un gas combustible. Una forma que se evalúa es utilizando paneles solares en lugar de la quema de combustibles fósiles.

Hidrógeno como combustible

Propiedad físico-químicaValor
✓ Peso molecular2,01594
✓ Densidad del gas a 0 ºC y 1 atm.0,08987 kg/m3
✓ Densidad del líquido a -253 ºC708 kg/m3
✓ Densidad del sólido a -259 ºC858 kg/m3
✓ Temperatura de fusión (de sólido a líquido)– 259 °C
✓ Temperatura de ebullición a 1 atm (de líquido a gas)– 253 °C
✓ Calor de fusión a -259 ºC58 kJ/kg
✓ Calor de vaporización a -253 ºC447 kJ/kg

Para usar el hidrógeno como combustible los límites de inflamabilidad son especialmente importantes. Cuando este se mezcla en aire seco a una presión de 101,3 kPa y a una temperatura de 25 ºC, los límites inferior y superior son de 4,1% y 74,8%, respectivamente. En el caso de la mezcla hidrógeno-oxígeno son de 4,1% y 94%.

límites de inflamabilidad

Sin embargo, una reducción en la presión por debajo de 101,3 kPa tiende a estrechar el rango de inflamabilidad, aumentando el límite inferior y disminuyendo el superior. Esto hace que, incluso las pequeñas fugas de hidrógeno, tengan un gran peligro de incendiarse o explotar. Este factor aumenta sensiblemente en un recinto cerrado, aumentando drásticamente el riesgo de combustión y explosión, básicamente debido a que la cantidad de hidrógeno está más concentrada.

Como ejemplo de su potencial combustible vemos la siguiente imagen, en la que observamos los límites de inflamabilidad de diferentes combustibles que utilizamos en nuestro día a día.

Gas natural vs. hidrógeno

Para saber si el hidrógeno puede sustituir al gas natural, debemos analizar las diferencias que hay en su utilización como combustibles. Para ello revisaremos una instalación real en el proyecto ‘Green Pipeline Project’ que se realizó en Portugal. En esta serie de imágenes comprobamos las dos instalaciones, una de gas natural y otra de hidrógeno, que están en funcionamiento simultáneamente.

salida de humos gas e hidrogeno

Se observan las dos instalaciones en las que se queman ambos gases. A la derecha de la foto vemos la salida del quemador de hidrógeno, en la que no se ve ninguna llama. Casi en la parte izquierda, donde vemos a un operario de la instalación, está la salida del quemador del gas natural, donde se aprecia una gran llama de color amarillo-anaranjado.

La imagen muestra claramente cómo el hidrógeno y el gas natural arden de una forma muy diferente, algo muy importante a tener en cuenta en cualquier tipo de proyecto en el que se quiera sustituir un gas por otro. Debemos entender cómo afecta la llama al proceso final, desde un horno hasta un motor de combustión interna.

Principales diferencias entre la combustión del hidrógeno y del gas natural:

  • La llama del gas natural es amarilla/naranja y produce una temperatura de alrededor de 1.800 ºC.

  • En cambio, la llama del hidrógeno es prácticamente invisible a pesar de que produce una temperatura mucho más alta, alrededor de 2.200 ºC.

  • Además, la llama del hidrógeno apenas emite radiación en el espectro de luz visible. Esto hace que su entorno no se caliente de forma significativa, algo que sí ocurre con el gas natural. Esto es peligroso para los operarios que trabajan en una instalación de combustión de hidrógeno, puesto que al no calentar tanto su entorno puede parecer que está apagado. Así, ante una posible fuga de hidrógeno que está combustionando, un operario puede acercarse demasiado a la llama sin siquiera haberla percibido.
termografía gas natural e hidrogeno
  • Otro aspecto a tener en cuenta es la velocidad de llama del hidrógeno, que es casi cinco veces superior a la del gas natural. Esta característica es beneficiosa para una combustión, aunque al mismo tiempo complica el control de la misma llama.

¿Qué es la curva de pato fotovoltaica?

Las energías renovables y sobre todo la fotovoltaica están cambiando el mundo energético tal y como lo conocíamos hasta ahora. Estamos viviendo noticias que hasta hace bien poco eran impensables, como que el coste de la energía en el mercado mayorista es de cero euros. Aunque a los ciudadanos de a pie no nos llegue esa rebaja. También estamos empezando a oír casi a diario que se está produciendo una ‘curva de pato‘ en la generación eléctrica. Pero ¿qué es la curva de pato fotovoltaica?

¿Qué está sucediendo con la generación eléctrica?

Hasta hace unos años la generación eléctrica se controlaba casi al 100 %, es decir, la producción de electricidad acompañaba a la demanda. Explicado en otras palabras; cuando las personas o empresas encendían luces, televisores, cocinas eléctricas, máquinas, trenes, etc. se activaba la generación en centrales térmicas, de gas, centrales hidroeléctricas, etc. Las únicas que estaban siempre en marcha y produciendo electricidad eran las centrales nucleares, aunque también se puede regular la cantidad de electricidad que generan.

Sin embargo, en la actualidad esto está cambiando debido a las energías renovables. Por desgracia las fuentes renovables no suelen tener en cuenta la curva de demanda de electricidad que realizamos. Es decir, durante gran parte del día apenas consumimos electricidad en los hogares. En cambio, al anochecer y al amanecer en las viviendas se necesita mucha electricidad que se suma a la demanda de la industria y el transporte.

En cambio, el sol no nos aporta su energía en esas horas críticas de la madrugada o del anochecer, y muchas veces el viento tampoco. Así, con el aumento que se está produciendo en la puesta en marcha de nuevas instalaciones fotovoltaicas (tanto de autoconsumo como de venta de electricidad), se genera mucha electricidad en las horas centrales del día, provocando la parada de las centrales térmicas, de ciclo combinado, de carbón, etc.

¿Qué es la curva de pato?

La aparición de las energías renovables y su aportación al sistema eléctrico de muchos países, ha provocado que en los momentos en que generan electricidad se dejen de usar los combustibles fósiles. Según lo explicado en el apartado anterior, cuando los ciudadanos y empresas consumen electricidad, esta debe ser generada.

Por desgracia, hasta la fecha no ha sido posible almacenar la electricidad en grandes cantidades. Por ello, la electricidad que se consume debe ser igual a la que se genera.

Con la aparición de las energías renovables y su desarrollo, se ha analizado y plasmado en gráficas la cantidad de electricidad que se genera, en función de su origen. Obteniendo gráficas en las que se separa la cantidad de electricidad que se genera mediante energías alternativas y combustibles fósiles, de las que se genera con fuentes renovables (eólica, fotovoltaica, hidroeléctrica, etc.)

A lo largo de los últimos 10 años estas gráficas han ido cambiando sensiblemente. Esto se ha debido al progresivo aumento de la cantidad de instalaciones solares fotovoltaicas año tras año. Estas han provocado que se genere mucha electricidad en las horas centrales del día y, como consecuencia, se paran las centrales que usan combustibles fósiles.

curva de pato fotovoltaica california

Como vemos en la gráfica anterior, en la que se muestra únicamente la cantidad de electricidad que se genera con combustibles fósiles, con la salida del sol su necesidad empieza a disminuir. Esto coincide con el aporte que empiezan a hacer todas las instalaciones fotovoltaicas que hay en California.

Así, conforme va transcurriendo el día se produce más electricidad limpia y las centrales térmicas de carbón, gas y otros combustibles derivados del petróleo van parando y reduciendo su aportación hasta el mediodía. Para empezar a producir paulatinamente según va avanzando la tarde.

Además, comprobamos cómo año tras año, gracias a la instalación de nuevos sistemas fotovoltaicos, la curva cae más y más. De modo que en el 2023 se ha llegado a niveles de cero producción con energías tradicionales y contaminantes, en las horas centrales del día. Es decir, durante un par de horas, el total de la energía es suministrada por fuentes renovables cubre toda la demanda.

¿Cómo aprovechar al máximo la generación eléctrica renovable?

Según los expertos en sistemas eléctricos, el siguiente paso es el almacenamiento. Hemos llegado a un punto en que la generación eléctrica con fuentes renovables es mayor al consumo en muchos momentos. Bien en las horas centrales del día gracias a la fotovoltaica, o bien en días de viento gracias a la eólica. Sin embargo, toda esa electricidad que no se necesita en esos momentos se pierde.

Ese es uno de los motivos por lo que en ocasiones vemos un parque eólico en el que únicamente algunos molinos están funcionando. El resto están parados. De igual forma sucede con las plantas fotovoltaicas, en las que en ocasiones los inversores bloquean el vertido de electricidad, puesto que no se necesita.

Es por ello que todos los conocedores de los sistemas eléctricos opinan que es hora de avanzar en los almacenamientos a gran escala. De este modo se podría almacenar electricidad en grandes cantidades, durante esas horas de gran producción, para usarla en momentos de gran demanda. Además, ese almacenamiento también se podría hacer de forma distribuida, de manera que no se sature la red de distribución eléctrica y estén más cerca de los centros de consumo.

¿Y tú, qué opinas, que se debe hacer ahora?

¿Qué son los clips de drenaje para paneles solares?

Las instalaciones de autoconsumo fotovoltaico y las huertas solares para venta de electricidad son equipamientos que necesitan un mantenimiento regular. Al igual que cualquier equipo o máquina que disponemos en nuestras viviendas, oficinas o empresas, todo necesita ser revisado anualmente. Especialmente importante es la limpieza de los módulos fotovoltaicos para que mantenga su rendimiento. Un elemento que nos ayuda a la limpieza son los clips de drenaje para paneles solares.

La base de funcionamiento de las placas solares es la recepción de la luz solar para transformarla en electricidad. Cuando la suciedad se acumula en los paneles fotovoltaicos va creando una capa que impide que los rayos del sol incidan sobre las celdas fotovoltaicas. Esto repercute en la cantidad de electricidad que es capaz de generar, es decir, disminuye su rendimiento.

Este efecto no es el mismo en todos los paneles solares, ya que en función de la tecnología puede afectar más o menos. Así, los nuevos paneles de célula partida se ven menos afectados, gracias a que en su estructura interna funcionan como dos paneles independientes. Esto hace que, si una de las dos mitades tiene más suciedad, la otra puede seguir trabajando a un rendimiento alto.

En cambio, en los paneles normales, cuando se deposita algo de suciedad en una parte, hace que todo el panel baje su rendimiento. Es decir, es como si todo el panel estuviera sucio y no le llegará la luz.

A modo de ejemplo, se han realizado varios experimentos con paneles sobre los que se depositó diferentes tipos de suciedad. Así, se pudo determinar cómo y en qué medida afecta cada tipo de suciedad.

Tipo de suciedadPérdida de rendimiento en módulos policristalinosPérdida de rendimiento en módulos de celda partida
Acumulación de polvo≃ 6 %≃ 5 %
Excrementos de pájaros≃ 44 %≃ 32 %
Gran acumulación de suciedad≃ 46 %≃ 37 %

Limpieza correcta de los paneles solares

Para solucionar el problema que causa la suciedad acumulada, debemos limpiar los paneles una o varias veces al año. La frecuencia dependerá del, nivel de suciedad que se pueda acumular, en función de la zona, es decir, si hay muchos pájaros, si el viento arrastra mucho polvo de arena, etc.

También es muy importante saber que la limpieza no es únicamente rociar los paneles con agua, como si de una lluvia se tratase. El motivo de que esto no sirve es muy sencillo: al igual que la lluvia, una limpieza superficial solo hará que la suciedad se acumule en la parte inferior del panel.

En función del tipo de panel y del modo de instalación, esa suciedad seguirá causando el mismo problema, aunque creamos que los paneles se han limpiado. Esto se debe a que la unión eléctrica de las celdas se realiza en columnas, por lo que si una celda de cada columna está tapada de suciedad, afecta al rendimiento de todo el panel. Aunque los paneles dispongan de diodos de seguridad, para bloqueo y de bypass, la suciedad provoca una caída general del rendimiento.

efecto de la suciedad en paneles solares

En el caso de los paneles de celda partida, seguiremos teniendo la mitad del panel operativa, si estos se han instalado en sentido vertical. En todas las demás opciones, el perjuicio causado por una pequeña franja de suciedad afecta al rendimiento de todo el panel. Es precisamente para este problema donde podemos utilizar los clips de drenaje para paneles fotovoltaicos.

¿Qué son los clips de drenaje?

Los clips de drenaje para paneles solares o Solar Panel Water Guide Clips en inglés, son pequeñas piezas de plástico que se colocan en la parte inferior del panel solar. Su misión es crear un puente por el que el agua, que se queda acumulada con los restos de suciedad en el pequeño escalón que crea el perfil perimetral, pueda drenarse.

Gracias a estos pequeños dispositivos, cuando se realice la limpieza de las placas solares, se ayuda a que toda el agua se escurra y, con ella, los restos de suciedad. Aunque parezca un elemento sin importancia, nos puede ayudar a que el rendimiento de las placas solares se mantenga en su nivel más alto durante mucho más tiempo.

La gran ventaja de este sistema es que, en zonas con una acumulación pequeña de polvo de arena, la limpieza se realizará de forma más sencilla. Incluso, podremos alargar la frecuencia de limpieza manual si tenemos la suerte que llueva de vez en cuando. La lluvia ayudará a arrastrar la suciedad superficial, como el polvo, y caerá al suelo sin dejar restos que perjudique el normal funcionamiento de las placas solares.

Seguridad frente a incendios en paneles fotovoltaicos

¿Por qué es importante la seguridad frente a incendios en paneles fotovoltaicos? Nos movemos hacia un mundo de energías limpias y renovables. El impulso que se está dando a las instalaciones eólicas y fotovoltaicas está suponiendo una auténtica revolución. De hecho, cada año se está duplicando el número de instalaciones fotovoltaicas. Sin embargo, también están aumentando los incendios en este tipo de instalaciones solares.

Por desgracia, el frenesí de instalaciones está acarreando que muchos instaladores con poca cualificación quieran aprovechar el tirón, sumándose a realizar instalaciones sin tener en cuenta algunas medidas de seguridad. Las malas conexiones en corriente continua, el mal crimpado de los cables para realizar nuevos empalmes, y otras deficiencias causan cada vez más incendios en el campo de módulos fotovoltaicos.

A los problemas anteriores debemos añadir la falta de concienciación de realizar un mantenimiento regular. Esto afecta sobre todo a los propietarios de estas instalaciones en el ámbito doméstico-residencial o de autoconsumo industrial. Muchos creen que al ser una instalación eléctrica no hace falta revisarla periódicamente.

Pero no solo son los incendios causados por la propia instalación fotovoltaica, puesto que estos representan un pequeño porcentaje de todos los incendios en viviendas e industrias. Es decir, cuando el incendio se produce por otros motivos, como en la cocina de una vivienda o por algunos productos almacenados en una empresa, el fuego puede propagarse hasta llegar al tejado. Al tener instalados paneles solares que siguen produciendo electricidad, supone un peligro añadido para los bomberos.

Hay soluciones que evitan algunos problemas, reduciendo las pérdidas causadas por los incendios. Sin embargo, cuando se produce un incendio en el campo de captadores solares, los riesgos son mayores, puesto que los módulos fotovoltaicos siguen recibiendo la luz del sol y, por ende, continúan produciendo electricidad.

Esto hace que todos los cables conlleven un peligro añadido, al transitar por ellos corrientes eléctricas altas y diferencias de potencias que fácilmente llegan a los 1.000 voltios, en las pequeñas instalaciones. Pero, ¿cómo anular la producción eléctrica?

Sistema de anulación temporal de los módulos fotovoltaicos

Para facilitar el trabajo de los servicios de extinción de incendios y evitar accidentes por electrocución se han desarrollado productos alternativos al clásico extintor. Y es que en muchos casos, al producirse un incendio en los paneles solares, la electricidad en corriente continua sigue circulando por los cables.

Esto puede ser un problema para las personas que intentan sofocar el incendio. Aunque en algunos casos se pueda acceder a los cuadros eléctricos y cortar parte de los circuitos, en otras ocasiones se hace imposible. Siendo muy peligroso acceder a toda la instalación del campo de módulos solares.

Por ello los bomberos y el personal de seguridad a menudo se limitan a intentar controlar el incendio, sin acceder a determinadas partes de la instalación de autoconsumo. Ahí entran productos como el PV-Stop, suministrados por la empresa Extincise SL, que en apariencia podríamos pensar que es un extintor, pero no lo es; en realidad es un agente de extinción. Es por ello que el recipiente se ha decorado evitando el color rojo, distintivo de los medios de extinción de incendios.

revestimiento para módulos fotovoltaicos

Este producto se basa en una especie de manta líquida que cubre las placas solares evitando que les llegue la luz del sol. PV-Stop es una solución líquida que se proyecta sobre los paneles desde un recipiente a presión estándar.

Esta solución forma un revestimiento o película uniforme sobre los paneles solares, con la finalidad de bloquearles la luz, de manera que se detiene la producción de electricidad. Es decir, PV-Stop corta la producción de energía de una instalación solar de forma rápida, segura y eficaz, cuando se producen incendios en paneles fotovoltaicos.

PV-Stop crea una zona eléctricamente segura para actuación frente a diversos sucesos, no solo frente a incendios, sino también en casos de cortocircuitos, inundación, etc.

Paneles solares: problema y solución

Los paneles solares no se pueden «apagar» o desconectar fácilmente, como sucede con otros equipos. Mientras están expuestos a la luz, los paneles solares producen continuamente cantidades potencialmente letales de corriente continua. Y el cableado de la instalación sigue conduciendo esa electricidad.

La zona de peligro de CC (corriente continua) representa una amenaza para los bomberos, los equipos de primera intervención y los propietarios de instalaciones o inmuebles fotovoltaicos. Productos como el PV-Stop surgen precisamente para dar una solución a este problema.

PV-Stop es el único que bloquea el panel solar en cuestión de segundos, impidiendo la producción de electricidad, y garantizando mayor seguridad ante incendios en paneles fotovoltaicos. La espuma o solución acuosa recubre los paneles solares como una manta líquida, bloqueando la luz y cortando la producción eléctrica de los paneles solares. Esto ayuda a mejorar la seguridad haciendo eléctricamente seguro el sistema fotovoltaico.

Independientemente del tipo de panel fotovoltaico o tecnología de estos, todos funcionan con el mismo principio, es decir, generan energía eléctrica en corriente continua gracias a la recepción de la luz solar.

Una vez aplicado, el revestimiento creado por PV-Stop se seca formando una película protectora. Una vez extinguido el incendio y toda la instalación asegurada, esta película protectora puede despegarse fácilmente. De esta forma se puede reactivar el sistema fotovoltaico sin daño alguno a los módulos solares.

PV-Stop para protección de paneles solares

Ventajas del sistema de manta líquida des-energizante

Este producto ayuda a que los bomberos y otros equipos de extinción puedan realizar su trabajo con seguridad. Esa, podríamos decir, es su principal objetivo, sin embargo, para conseguirlo, aporta una serie de ventajas que lo hacen ideal en casos de incendio.

  • Secado rápido. El proceso de secado de la solución acuosa es apenas de unos segundos, creando una capa polimérica sobre los paneles fotovoltaicos.
  • Evita los arcos eléctricos. Al aislar el panel anulando la generación eléctrica, evita que se formen arcos eléctricos.
  • Protección de los módulos solares. No daña los paneles solares y, una vez seco, su película se despega fácilmente de los paneles para reactivar el sistema.
  • Retardante del fuego. El revestimiento en su estado seco no es inflamable y en su estado húmedo es ignífugo
  • Polímero aislante. Al tener una base polimérica es una aislante eléctrica, protegiendo del riesgo de electrocución. Además, tiene propiedades de aislante térmico, protegiendo contra el calor y encapsula las partículas tóxicas que pudieran desprenderse de los paneles solares en combustión.
  • Respetuoso con el medio ambiente. PV-Stop ha sido testado por autoridades independientes de todo el mundo y cuenta con la acreditación ISO 14034:2016, de Gestión Medioambiental.

¿Por qué no producir electricidad con nieve?

Se dice de las personas positivas y motivadas para superarse día a día que tienen el futuro en sus manos. Lo mismo podemos asegurar de los científicos que buscan en las dificultades solucionar problemas cotidianos. Un ejemplo de ello son los estudios para generar electricidad a partir de la nieve. Y te preguntarás: ¿es posible?

Aunque parezca algo de ciencia ficción o una supertecnología de la NASA, lo cierto es que los proyectos que hay en desarrollo se basan en conceptos bastante simples. Tampoco se trata de unos nuevos paneles fotovoltaicos. Además, cada grupo de científicos ha encauzado sus trabajos en diferentes direcciones.

Así, encontramos dos proyectos bien diferentes y que pueden solucionar distintos problemas. Por un lado, tenemos un estudio de la Universidad de Electro-Comunicaciones de Tokio junto a la empresa TI Forte. Esta unión de esfuerzos pretende llevar a la práctica un proyecto para generar electricidad a “gran escala” a partir de la nieve que se acumula cada año en la localidad de Aomori.

El otro llamativo proyecto de investigación avanza desde la Universidad de UCLA en California. En este caso el objetivo es mucho más pequeño en tamaño, pero puede suponer un gran avance en la ropa destinada a climas fríos en los que la nieve está muy presente. Vamos a desarrollar ambos proyectos y ver en qué consiste cada uno.

Nieve para producir electricidad

El estudio y prototipo para generar electricidad utilizable en las viviendas o industria, tiene su origen en el costo que supone para la ciudad de Aomori retirar la nieve que se acumula en sus calles. Según datos de la propia ciudad, el coste ronda los 50 millones de euros cada invierno. Esto supone mucho dinero que con el proyecto de generación eléctrica se pretende recuperar. Pero, ¿cómo puede la nieve generar electricidad?

La nieve en sí no puede producir electricidad. No obstante, la gran cantidad que se acumula en la ciudad sirve para lograrlo y no es mediante los módulos fotovoltaicos. Debemos tener en cuenta que Aomori es la ciudad donde más nieva de todo el mundo. Es normal que la nieve alcance los 8 metros de altura.

Esto supone una gran masa de nieve y a temperatura muy baja, lo que se puede aprovechar, junto a otro elemento a temperatura más alta, para crear un flujo que mueva una turbina eléctrica. A grandes rasgos el proyecto se basa en algo tan sencillo como esto. Pero, ¿cómo consiguen que la nieve mueva una turbina eléctrica?

¿Piscina de nieve?

En lugar de verter la nieve en el mar, como de costumbre, se lleva a una piscina no utilizada en una antigua escuela. En la piscina se dispone un circuito de tubos que, en parte de su recorrido, circula por el interior de la misma. La otra mitad del circuito se dispone en el exterior [imagen].

Este circuito se rellena con un fluido caloportador que es capaz de variar mucho su temperatura en función de la temperatura de intercambio con el medio en que se encuentre. Es aquí donde la nieve realiza su función, puesto que se encarga de enfriar este fluido especial. Luego, el mismo fluido circula hacia el tramo de tuberías en el exterior. Allí, se calienta gracias al efecto de corrientes de aire o del sol, a modo de un panel solar térmico.

generar electricidad con nieve

Estos cambios de temperatura en el fluido caloportador provocan un efecto de movimiento continuo. Es lo que los científicos o técnicos conocen en termodinámica de fluidos, como el efecto de un termosifón. En él parte del líquido se calienta por efecto del sol, por ejemplo. Y por ello tiene a subir al aumentar su volumen, o disminuir su densidad. En la parte opuesta del circuito, es enfriado el líquido, ayudando a que el movimiento sea constante.

En función de la diferencia de temperaturas entre el vaso de la piscina (donde se ha depositado la nieve) y la parte exterior, la velocidad con que se mueva el líquido del interior será mayor. Este movimiento es aprovechado para hacer pasar el líquido a través de una turbina de generación eléctrica. Por eso, en función de su velocidad hará mover con mayor fuerza y velocidad el rotor del generador y, con ello, producir más electricidad.

Ventaja de la piscina de nieve

La gran ventaja de este sistema es que se puede escalar en las dos direcciones. Es decir, si necesitamos aportar electricidad a una vivienda, el sistema tendrá un tamaño determinado, con un depósito para la nieve y unas tuberías con unas dimensiones específicas. En cambio, para aportar electricidad a una industria, todo deberá ampliarse, de modo que la turbina generadora pueda aportar la potencia eléctrica suficiente.

Proyecto para generar electricidad a partir de la nieve en la ciudad de Aomori, Japón.

Snow TENG calienta la ropa con nieve

El otro estudio que merece mención trabaja con un dispositivo capaz de generar electricidad gracias a la nieve que precipita. Su tamaño no lo hace viable para generar la electricidad que necesita una vivienda, pero puede aportar alimentación eléctrica a pequeños equipos electrónicos, incluso para calentar la ropa de invierno.

En concreto, el equipo de investigación de la Universidad de California, en Los ángeles, se ha centrado en aportar energía a los complementos y ropa para esquiar. El equipo de investigación ha explicado que el dispositivo diseñado es un nano-generador triboeléctrico basado en la nieve, o Snow TENG.

Como su nombre indica, funciona por efecto triboeléctrico, es decir, utiliza la electricidad estática para generar cargas eléctricas mediante el intercambio de electrones. Este tipo de dispositivos se han utilizado para fabricar generadores que extraen energía de los movimientos del cuerpo, pantallas táctiles e incluso pisadas en el suelo. Pero, ¿cómo se puede aprovechar la nieve con este dispositivo?

¿Cómo aprovecha la nieve este dispositivo?

Se trata de un procedimiento muy sencillo: la nieve tiene la particularidad de disponer de carga positiva, por lo que al frotarla contra un material con la carga opuesta se puede extraer energía de ella. Tras una exhaustiva serie de pruebas, el equipo se decantó por la silicona como el material más eficaz.

El Snow TENG, que se puede imprimir en 3D, se fabrica con una capa de silicona unida a un electrodo. Los investigadores afirman que podría integrarse en paneles solares para que siguieran generando electricidad, aunque estuvieran cubiertos de nieve. Es decir, como una célula solar híbrida colocada en la parte frontal, que también generaría energía a partir del movimiento de las gotas de lluvia sobre su superficie.

El problema es que, en su forma actual, el Snow TENG produce una cantidad muy pequeña de electricidad: tiene una densidad de potencia de 0,2 mW por metro cuadrado. Al no producir electricidad en gran cantidad no se puede conectar a la red como un panel solar, pero podría servir para crear pequeños sensores auto-alimentados. También serviría para alimentar pequeños equipos electrónicos, y tiene la gran ventaja de poder funcionar en zonas remotas, porque proporciona su propia energía y no necesita pilas.

Utilizado en una pequeña estación meteorológica puede informar de la cantidad nieve que cae, su dirección, y la velocidad y dirección del viento. Los investigadores dan otros ejemplos, como un sensor que podría fijarse a la suela de las botas o los esquís y utilizarse para recoger datos de los deportes de invierno.

¿Qué papel tienen los diodos en los módulos fotovoltaicos?

El diseño y fabricación de los módulos fotovoltaicos, o como algunos se empeñan en llamarlos: ‘placas solares‘, no parece complicada. Sin embargo, en su interior hay más componentes de los que pensamos. Uno de estos elementos son los diodos. Pero ¿qué son los diodos?, y ¿qué función desempeñan en un panel fotovoltaico?

Se trata de unos componentes electrónicos formados por semiconductores manipulados y encapsulados con dos terminales. La mitad del diodo tiene un semiconductor N y la otra uno llamado P, denominándose al conjunto unión PN. Esta característica es común con el silicio utilizado en la fabricación de las celdas fotovoltaicas.

Por ello también se les conoce por su capacidad para convertir la corriente alterna en corriente continua. Esta capacidad los hace fundamentales en los equipos eléctrico-electrónicos para conversión de la corriente, como los inversores fotovoltaicos.

diodos

La configuración propia de los diodos facilita que la corriente eléctrica a través de ellos solo se pueda producir en un sentido. En el sentido contrario, el diodo bloquea el paso de la corriente eléctrica. Así, entre sus funciones encontramos la de interruptor electrónico. Se trata de una cualidad que se aprovecha en los circuitos electrónicos y, por supuesto, también en las celdas solares.

Función de los diodos en los paneles solares

Para entender el funcionamiento de los diodos en los módulos solares debemos tener en cuenta el comportamiento de las celdas y paneles fotovoltaicos con y sin sol. Está claro: cuando hay sol o luz, los paneles son capaces de transformar esa luz en electricidad. Sin embargo, cuando no hay luz, incluso si se produce una sombra o hay nieve sobre el panel solar, este se comporta como una resistencia, llegando a consumir electricidad.

Esto sería un problema, ya que por la noche los paneles fotovoltaicos consumirían la electricidad que tuviéramos almacenada en las baterías o la de la red. Por ello se necesita incorporar un elemento que funcione como un interruptor y corte el paso de electricidad hacia los módulos fotovoltaicos. Es aquí donde entra en acción el diodo, distinguiéndose dos funciones diferentes.

Diodos de ByPass

Cada celda solar que hay dentro de un módulo fotovoltaico es un elemento generador de electricidad. Este proceso lo realiza con el único aporte de la luz, sin necesidad de generar combustión ni con partes móviles.

Cuando las condiciones ambientales son buenas, las celdas reciben los fotones de la luz y generan electricidad. Que se va acumulando conforma pasa por todas las celdas de un panel solar y es conducida hacia el inversor, donde se transforma en corriente alterna para su uso.

Sin embargo, cuando aparece una sombra sobre un panel solar, no incide en toda su superficie, sino que puede afectar a una o varias celdas. Estas, al no recibir luz, no solo no generan electricidad, sino que producen un corte. Para evitar que este corte, que únicamente se produce un una celda, pueda afectar a todo el panel, se introducen los diodos de ByPass o también llamados de derivación.

diodos de bypass

Estos diodos funcionan como un interruptor cerrado en el sentido de la corriente, por lo que hacen de “bypass” a la celda fotovoltaica afectada por la sombra. Así, estos diodos no permiten la circulación de corriente en sentido inverso cuando no hay radiación solar, por ejemplo, cuando hay alguna sombra, con nubosidad o por la noche. Sin embargo, sí dejan pasar la electricidad, en el sentido adecuado, cuando hay luz.

De este modo, el resto de celdas siguen generando electricidad, favoreciendo que no todo el panel solar quede inoperante. Con esto se consigue que el rendimiento de la instalación no decaiga de forma significativa y siga produciendo electricidad, aunque en menor cantidad.

Diodos de bloqueo

Los diodos de bloqueo realizan una función similar a los de derivación. Sin embargo, lo hacen con todo el módulo solar. Los diodos de ByPass se integran en cada celda fotovoltaica, al hacer los “bus” de conexión entre las celdas del módulo. En cambio, los diodos de bloqueo se integran en la caja de conexiones del panel, que está en la parte superior y posterior del panel, y de donde salen los cables para conectar con otros paneles fotovoltaicos.

La pequeña diferencia que hay entre la función de un diodo de bloqueo y los de derivación es el evitar que los paneles solares se conviertan en consumidores de electricidad durante la noche. Esto sucede, ya que, en ausencia de luz, los paneles se comportan como resistencias y la corriente eléctrica podría derivar hacia ellas y que se desperdiciase en forma de calor.

Esto provocaría que los paneles solares consumiesen electricidad de la red o de las baterías si estas estuvieran conectadas en una instalación aislada. Al introducirse los diodos de bloqueo, se evita que se generen corrientes en sentido contrario cuando no hay luz. Además, protegen a las celdas solares del calor que pudiese generar al disiparse la electricidad en su interior.

diodos de bloqueo

Como vemos, los módulos fotovoltaicos llevan más componentes, no son solamente la unión de obleas de silicio con un cristal protector y un marco de aluminio. Así, las empresas fabricantes no dejan de fabricar los paneles solares con elementos adicionales para mejorar su eficiencia y reducir los riesgos de degradación.