El 1,2% del desierto del Sahara puede cubrir las necesidades energéticas del mundo a través de la energía solar. Las necesidades de combustible líquido podrían ser suplidas a través del hidrógeno.
En el año 2015, la demanda total de energía a nivel mundial fue de 17.3 TW de potencia continua durante el año. Basta con cubrir un área de la tierra de 335 kilómetros por 335 kilómetros con paneles solares para cubrir una demanda de más de 17,4 TW de potencia.
El 1,2% del desierto de Sahara puede cubrir las necesidades energéticas del mundo a través de la energía solar. Infinitas extensiones de terreno con unas condiciones perfectas para producir energía solar a gran escala. De hecho, los proyectos más grandes del mundo se desarrollan en la zona.
Las necesidades de combustibles líquidos pueden ser suplidos a través del hidrógeno producido por la electrólisis del agua, producido con energía solar. Puede ser transportado en barcos petroleros, a través de tuberías o baterías.
Así es la propuesta del profesor de Berkeley,Mehran Moalem.
Energía nuclear vs energía solar
Hay otras alternativas para generar 17.3 TW de energía. Una de ellas es la energía nuclear. Sin embargo, tiene grandes desventajas y problemas respecto a la energía solar.
Por cada vatio de electricidad que produce un reactor nuclear, 2 vatios se desperdician. El agua caliente que generan los reactores es destructiva para océanos y ríos.
La producción de paneles solares tampoco es que sea 100 % amigable con el medio ambiente. Requiere el uso de químicos peligrosos y genera residuos que requieren de su reciclaje. Por ejemplo, el tetracloruro de silicio es un subproducto que necesita un manejo especial.
Actualmente se está desarrollando la fabricación de paneles solares con capas delgadas. Esta nueva propuesta usa menos energía y materiales.
A pesar de sus desventajas, sigue siendo más fácil manejar la basura que genera la energía solar en comparación con la energía nuclear.
Otro aspecto a tomar en cuenta es la relación con los proveedores. China es el principal fabricante y su participación es fundamental para abaratar el coste de un proyecto de esta envergadura a fin de otorgarle viabilidad a la propuesta.
Mejoras al ecosistema desértico
La instalación de la planta evitaría la erosión actual del desierto. La sombra de los paneles disminuye las tormentas de arena que contaminan el aire y ocurren precisamente por los procesos erosivos. La energía solar y eólica podrían ayudar a que el Sáhara fuera más verde.
As these systems extend to critical and time-sensitive applications – such as emergency braking, automatic parking, front-collision warning and avoidance, and blind spot detection – design engineers will need to fuse these different information sources into a single picture to deliver reliable real-time decisions.
“For automatic parking, you need to combine data from cameras, radar and sometimes ultrasound to give the vehicle an accurate sense of what’s going on around you,” said Curt Moore, general manager for Jacinto™ processors at our company. “None of these sensors would be accurate enough on their own, but by combining them, you can get a much more accurate picture of the space around you. This allows you to park in much tighter spaces without the risk of causing damage.”
The proliferation of automotive sensors
Advanced safety systems are no longer reserved only for high-end automobiles. Nearly 93% of vehicles produced in the U.S. come with at least one ADAS feature – and automatic emergency braking is set to become standard across 99% of new cars in the United States by September.1
The shift is a result of the decreasing cost and size of sensors, such as TI mmWave radar sensors which integrate an entire radar system into a chip the size of a coin.
“Ten years ago, radar was predominantly used in military applications because of size, cost and complexity,” Miro said. “But today, radar is on the verge of becoming a standard component in the car.”
While the proliferation of affordable sensors opens up new applications, it also creates new challenges for ADAS engineers who need to design systems that bring together all the data streams and process them efficiently, while meeting tight affordability and power constraints.
A communication challenge
In a single-sensor ADAS system, pre-processing data for object detection takes place close to the sensor in order to use that information immediately. But sensor fusion requires that raw, high-resolution data be instantly transmitted to a central unit for processing to form a single, accurate model of the environment that will help the vehicle avoid a collision.
“With all the data coming in from these sensor nodes, the challenge is making sure all of it is synchronized so the vehicle can understand what’s happening around you and make critical decisions,” said Heather Babcock, general manager for FPD-Link™ products at our company. “In order to transmit synchronized data in real time, it’s important to have high-bandwidth, uncompressed transmission capability because compressing data introduces latencies.”
Our FPD-Link communications protocol, which was initially created for transmitting digital video streams from graphics processors to digital displays, is designed for transmitting large amounts of uncompressed data over several meters with simple, easily routable cables.
As ADAS technology extends to critical, time-sensitive applications – such as emergency braking, front-collision warning and avoidance, and blind-spot detection – combining data from multiple sensors enables reliable, real-time decisions for safer autonomous driving.
From reading road signs to keeping you inside lane markers, artificial-intelligence-assisted cameras are already making our vehicles smarter and safer. But what happens when the fog rolls in and your camera’s vision is as compromised as yours?
“A camera might be great for object recognition, but it’s not so good in bad weather or at night,” said Miro Adzan, general manager of advanced driver assistance systems (ADAS) at our company. “However, radar will continue to work in rain, snow or mist. Driver assistance systems need to incorporate a range of different sensors so the vehicle can take full advantage of the benefits of these different technologies.”
Using the strengths of different types of sensors is not just a matter of switching between them for different conditions or applications. Even in clear weather, a camera will be stronger for object details, but radar will measure an object’s distance more accurately.
As these systems extend to critical and time-sensitive applications – such as emergency braking, automatic parking, front-collision warning and avoidance, and blind spot detection – design engineers will need to fuse these different information sources into a single picture to deliver reliable real-time decisions.
“For automatic parking, you need to combine data from cameras, radar and sometimes ultrasound to give the vehicle an accurate sense of what’s going on around you,” said Curt Moore, general manager for Jacinto™ processors at our company. “None of these sensors would be accurate enough on their own, but by combining them, you can get a much more accurate picture of the space around you. This allows you to park in much tighter spaces without the risk of causing damage.”
The proliferation of automotive sensors
Advanced safety systems are no longer reserved only for high-end automobiles. Nearly 93% of vehicles produced in the U.S. come with at least one ADAS feature – and automatic emergency braking is set to become standard across 99% of new cars in the United States by September.1
The shift is a result of the decreasing cost and size of sensors, such as TI mmWave radar sensors which integrate an entire radar system into a chip the size of a coin.
“Ten years ago, radar was predominantly used in military applications because of size, cost and complexity,” Miro said. “But today, radar is on the verge of becoming a standard component in the car.”
While the proliferation of affordable sensors opens up new applications, it also creates new challenges for ADAS engineers who need to design systems that bring together all the data streams and process them efficiently, while meeting tight affordability and power constraints.
A communication challenge
In a single-sensor ADAS system, pre-processing data for object detection takes place close to the sensor in order to use that information immediately. But sensor fusion requires that raw, high-resolution data be instantly transmitted to a central unit for processing to form a single, accurate model of the environment that will help the vehicle avoid a collision.
Our FPD-Link communications protocol, which was initially created for transmitting digital video streams from graphics processors to digital displays, is designed for transmitting large amounts of uncompressed data over several meters with simple, easily routable cables.
“With all the data coming in from these sensor nodes, the challenge is making sure all of it is synchronized so the vehicle can understand what’s happening around you and make critical decisions,” said Heather Babcock, general manager for FPD-Link™ products at our company. “In order to transmit synchronized data in real time, it’s important to have high-bandwidth, uncompressed transmission capability because compressing data introduces latencies.”
Heather Badcock general manager for FPD-Link products.
Enabling more efficient decision-making
Once this data is at the central processor, integrating it into a unified model of the car’s surroundings typically requires computationally intensive signal processing and deep-learning algorithms – with a consequent increase in required power input and heat output.
The physical constraints of an automobile place tight limits on the size and weight of batteries and cooling infrastructure, so ADAS engineers need processors specifically designed to perform these tasks as efficiently as possible.
Our Jacinto processors combine dedicated digital signal processing (DSP) and matrix multiplication cores that operate with the lowest available power in the industry, even at temperatures of up to 125 degrees Celsius.
“There are tremendous advantages in integrating the DSP and the processor into one system on a chip,” Curt said. “Otherwise, each will need its own memory and power supply, driving up the system cost. The other advantage is the reduction in latency gained by integrating these operations into one chip.”
In addition to power-efficient processors, our automotive-qualified power management integrated circuits with functional safety features for sensor fusion, front cameras and domain controllers improve overall power efficiency and functionality within the vehicle.
Beyond the individual components, our entire ecosystem of ADAS products is created for seamless compatibility, allowing car manufacturers to select from a holistic portfolio that can be scaled to the demands and price points of their vehicles.
«We have all the pieces of the ADAS puzzle designed in a way that keeps the various challenges of the vehicle in mind,» Miro said. «That makes the system design easier for our customers.»
El hidrógeno verde, aquel que se obtiene a partir de energías renovables, gana protagonismo como alternativa en el proceso de descarbonización de Europa. Te contamos cómo se usa este compuesto para obtener electricidad.
Planta de producción de hidrógeno verde Shutterstock.
Europa ha empezado a recorrer el camino hacia una transición energética que permita la descarbonización de todos los sectores. En ese proceso, el hidrógeno verde actúa como piedra angular de un sistema energético que sea climáticamente neutro para 2050. Pero ¿puede este compuesto posicionarse como una alternativa a los combustibles fósiles?
¿Qué es el hidrógeno verde?
El universo está compuesto por un 75% de hidrógeno, pero en la Tierra siempre está presente en combinación con otras moléculas, como con el oxígeno para crear el agua. Esto supone un obstáculo para su utilización como materia prima. Para poder emplearlo es necesario llevar a cabo un proceso químico para separarlo del resto de elementos. Es lo que se conoce como un vector energético. El empleo del hidrógeno en la industria no es algo nuevo. Tanto es así que su consumo se ha triplicado desde 1975, según los datos de la Agencia Internacional de la Energía (IEA).
El problema reside en que, en la actualidad, la mayor parte de ese hidrógeno se obtiene mediante el empleo de hidrocarburos, un proceso altamente contaminante. La IEA calcula que la producción de hidrógeno para industrias químicas y refinerías asume el 6% del uso mundial de gas natural y el 2% del consumo de carbón. Además, es responsable de 830 millones de toneladas de emisiones anuales de dióxido de carbono, lo que equivale a las emisiones de Indonesia y Reino Unido juntas.
Como alternativa, se están desarrollando proyectos basados en el empleo de hidrógeno verde que se obtiene a través de energías renovables.
Descomponer la molécula del agua: así se produce el hidrógeno verde
El método más conocido para producir hidrógeno verde es la electrólisis del agua, que consiste en descomponer la molécula del agua en sus elementos: oxígeno e hidrógeno. Para conseguirlo, se aplica una corriente eléctrica continua en un dispositivo electroquímico denominado electrolizador. La electricidad para llevar a cabo ese proceso se obtiene de fuentes renovables, como la eólica o la solar.
Ese hidrógeno se almacena en tanques específicos y es canalizado para ser empleado bien como fuente de calor o bien como energía eléctrica mediante una pila de combustible. En ese mecanismo, el hidrógeno en estado gaseoso se vuelve a mezclar con oxígeno para obtener energía eléctrica. Esto supone que el único residuo procedente de todo el proceso es el agua.
Una alternativa sostenible para el transporte
Una de las principales ventajas de este compuesto, es su versatilidad. “El hidrógeno es muy flexible porque se puede transformar en electricidad pero también en calor. Esto permite que pueda usarse no solo en las pilas de combustible, sino también en otros equipos que ya están desarrollados como los motores o las turbinas”, apunta Eva Llera, profesora del Máster Universitario en Energías Renovables y Eficiencia Energética de la Universidad de Zaragoza. A ello se une su facilidad para almacenarlo, tanto en estado gaseoso como líquido, y transportarlo.
El hidrógeno verde ha ganado fuerza como un posible aliado en algunos sectores que son muy difíciles de descarbonizar. Así, se estudia su uso especialmente en la producción de hierro y acero, la aviación, el transporte marítimo, el transporte por carretera de larga distancia y el calor para edificios, según apunta la revista científica Science.
“El hidrógeno puede ser sustituto del combustible de nuestros coches”, explica Javier Brey, presidente de la Asociación Española del Hidrógeno (AeH2). “Estos automóviles son eléctricos y llevan un tanque con cuatro ó cinco kilogramos de hidrógeno y una pila de combustible donde ese gas se transforma en electricidad. Tienen una autonomía superior a los 400 kilómetros”, añade.
Actualmente hay alrededor de 11.200 automóviles impulsados por hidrógeno en las carreteras de todo el mundo. Los objetivos gubernamentales existentes exigen que ese número aumente a 2,5 millones para 2030, según la IEA. Sin embargo, alcanzar esas metas se antoja como un desafío mayúsculo y uno de los obstáculos es que producir este tipo de hidrógeno es caro.
El coste, una barrera para su implementación
El coste de producción del hidrógeno verde está determinado por el precio de la electricidad renovable, el coste de inversión del electrolizador y sus horas de funcionamiento. “Hace falta una intervención pública o para hacer los combustibles fósiles más caros y el hidrógeno más competitivo o para ayudar a que el hidrógeno sea más barato de forma que los costes vayan bajando”, explica a Newtral.es Alejandro Núñez-Jiménez, investigador de políticas energéticas en el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zurich.
“Ahora mismo un kilo de hidrógeno gris – aquel que se obtiene mediante el reformado de combustibles fósiles y conlleva importantes emisiones de CO2-, cuesta entre 1,5 y 2 euros, mientras que el precio del hidrógeno verde, lo poco que se produce, se sitúa en los 5,5 euros el kilogramo”, apunta Brey. Según un informe de la Agencia Internacional de Energía Renovable (IRENA), el hidrógeno producido con electricidad renovable podría ser rentable a partir de 2030.
Sin embargo, no es la principal limitación que tiene por delante el hidrógeno como combustible, también es determinante la falta de infraestructura. ”Un vehículo que emplea hidrógeno no es mucho más caro que una berlina de alta gama, en torno a los 60.000 euros, lo que ocurre es que no tenemos una red suficiente de estaciones de servicio de hidrógeno”, detalla Brey.
Con los precios de la electricidad disparados, y ahora con cambios normativos que hace de la compensación de excedentes un negocio complicado, las baterías de respaldo para el hogar han regresados como una alternativa cada vez más interesante. Ahora la norteamericana Sunpower ha presentado su última propuesta, SunVault. Un sistema escalable pensado para los que busquen independizarse parcial o totalmente de la red.
La oferta supone un sistema escalable pensado desde el principio para poder añadir módulos fácilmente para aumentar la capacidad según sea necesario, incluyendo la posibilidad de añadir varios inversores.
Habrá hasta cinco configuraciones disponibles, con capacidades de entre 13 kWh, 19,5 kWh, 26 kWh, 39 kWh y 52 kWh, y dos potencias de descarga que van desde los 6.8 kW nominales para la versiones de 13 19 y 26 kWh, mientras que las de 39 y 52 kWh podrán llegar a los 13 kW.
En todos los casos, las baterías utilizan celdas de litio-ferrofosfato (LFP) y tienen una eficiencia de más del 86%. Su voltaje interno nominal es de 51,2 V y la corriente de salida de respaldo continua máxima (CA) es de 28,3 A. Estas pueden funcionar con un rango de temperatura ambiente de -20 C a 45 C y cuentan con un nivel de protección IP54. Todo con una garantía de 10 años sin límite de ciclos de carga y descarga.
Gracias a esta solución, desde Sunpower se ha indicado que cada cliente podrá adaptar la instalación a sus necesidades. Desde el que busca solo cubrir la demanda de la vivienda, como el que quiere además poder recargar su coche eléctrico incluso cuando no haya aporte de la instalación solar.
Y es que según la calculadora interactiva que disponen en su web, podemos ver la autonomía que nos ofrecerá la batería una vez cargada, y que va desde los dos días y medio para una única batería teniendo en cuenta el consumo medio de una vivienda contando su iluminación, nevera y televisión y ordenadores, que bajarían hasta los «un día y 9 horas» añadiendo un coche eléctrico.
Eso con una unidad. Si añadimos más vemos como con esta configuración, iluminación, nevera, televisión y ordenadores y coche eléctrico, con dos baterías podremos extender nuestra independencia hasta los 2 días y 2 horas, por lo que con cuatro baterías, podremos superar los cinco días sin necesidad de electricidad desde la red.
La calefacción por suelo radiante es una tecnología alternativa para la calefacción que sirve para sustituir a los clásicos radiadores. Conoce sus principales ventajas y desventajas.
La calefacción por suelo radiante es un sistema de tuberías por el que circula el agua caliente. Permite que las habitaciones de una vivienda mantengan una temperatura constante.
La tubería está empotrada en el suelo. Puede ser colocada en todo tipo de suelos, ya sea suelo flotante, madera, piedra, vinilo o moqueta.
El sistema requiere una caldera de gas o pellets de madera para calentar el agua y hacerla circular. Este equipo requiere de un mantenimiento mínimo de forma regular. Si finalmente optáis por caldera de gas, os recomendamos que os informéis más en calderasdegas sobre cual elegir.
Cada habitación requiere de la colocación de un termostato que sirve para controlar la circulación del agua en las tuberías. Estos aparatos permiten que la temperatura ambiente en la habitación sea la óptima.
Un poco de historia.
Hace unos 30 años, la idea de la calefacción por suelo radiante era un lujo reservado a la élite. Los afortunados. Pero el anhelo de tener los pies calientes se remonta a mucho antes.
Ya en el año 5.000 a.C. se encontraron los primeros tipos de Kang y Dikang (suelo radiante) en China, mientras que en Corea se usaban formas primitivas de Ondol (piedra caliente).
Los griegos y los romanos siguieron el ejemplo a mayor escala hacia el 500 a.C., y el calor bajo los pies se consideraba esencial para los baños romanos.
Por suerte, hoy en día no necesitamos una hoguera para hacer nuestra propia calefacción por suelo radiante. Los avances tecnológicos y la comprensión de la calefacción por suelo radiante la han convertido en la opción preferida en muchas viviendas de nueva construcción, con unos costes de ciclo de vida comparables a los de los radiadores tradicionales.
Recomendable para edificios nuevos.
No se recomienda para reformas ya que este sistema de calefacción eleva la altura del suelo en centímetro y medio. Además, puede requerir cortar las puertas, quitar el suelo, entre otras incomodidades.
Instalación suelo radiante. Imagen: Wolfgang Filser Shutterstock
¿Cómo funciona el sistema de suelo radiante?
Se basa en la inercia térmica, ya que calienta el suelo para que a su vez este caliente el aire de la vivienda (de abajo hacia arriba).
Tipos de calefacción por suelo radiante.
Hay dos tipos de calefacción por suelo radiante: los eléctricos y los de agua.
Los calefactores eléctricos usan el cableado a través de la superficie de la habitación en cuestión y son bastante fáciles de instalar. Pueden instalarse en una parte de la habitación o repartidos por toda ella. Son un poco más caros que los de agua, aunque esto depende de tu proveedor de electricidad actual, por lo que muchos sólo tienen cubierta una parte de la habitación para compensar el coste. En cualquier caso, sigue siendo más económico que la alternativa del radiador.
La calefacción por suelo radiante a base de agua utiliza tubos en lugar de cables para calentar la casa, que se conecta a la caldera. La desventaja es que su instalación es más complicada que la de sus homólogos eléctricos y puede no ser aplicable en determinados inmuebles.
Ventajas de la calefacción por suelo radiante.
Tiene bajo consumo eléctrico.
La calefacción es más uniforme.
Al no usar el radiador convencional, permite más espacio libre en las habitaciones.
Es cómoda y segura.
Es fácil de instalar en nuevas viviendas.
Menor consumo de energía.
Una de las mayores ventajas de la calefacción por suelo radiante es que puede ser mucho más eficiente energéticamente que los típicos radiadores tradicionales.
Esto se debe a que el calor se distribuye uniformemente por toda la habitación, convirtiendo el propio suelo en lo que se conoce como un «calentador radiante». De este modo, la calefacción no tiene que estar encendida durante mucho tiempo antes de que toda la habitación alcance la temperatura deseada, con lo que se ahorra energía.
Los radiadores sólo calientan las zonas en las que se encuentran, lo que hace que las temperaturas sean desiguales y que haya varias zonas frías en la habitación.
Como los calefactores de suelo se reparten por toda la superficie del suelo, mantendrán una temperatura equilibrada y no dejarán puntos fríos sin calor.
Además, los radiadores tienen que alcanzar una temperatura mucho más alta para calentar una habitación que sus homólogos de suelo radiante y utilizan mucha más energía en el proceso.
Más espacio en tu casa.
La ventaja más evidente de la calefacción por suelo radiante es que no necesitarás ningún radiador visible.
Aunque nos hemos acostumbrado a su presencia en el hogar, los radiadores pueden ser incómodos, especialmente si la habitación es más pequeña.
Con la calefacción por suelo radiante, las paredes quedan libres para hacer lo que se quiera con ellas.
Mejor experiencia.
Los radiadores hacen lo mínimo cuando se trata de calentar su casa. Eso no quiere decir que no sean una opción viable, pero en lo que respecta a la eficiencia y el confort, los sistemas de suelo radiante están a un nivel superior a sus homólogos más antiguos. Por ejemplo, si en su salón tiene un radiador situado justo al lado de tu sofá, puede resultar bastante incómodo rápidamente.
Esto se debe a que el calor está localizado en una zona y se calienta mucho más que la temperatura de un calefactor de suelo. Así que, en lugar de conseguir una habitación con calefacción uniforme, se obtiene un punto demasiado caliente y una gran parte del espacio demasiado fría. Además, los radiadores pueden resecar el aire y agravar problemas de salud como el asma.
Poco o ningún mantenimiento.
Los radiadores de suelo requieren muy poco mantenimiento, ya que, una vez terminada la instalación inicial, prácticamente no es necesario ningún otro mantenimiento.
En el caso de los radiadores de suelo eléctricos, el mantenimiento es poco frecuente, aunque los sistemas de agua necesitarán alguna que otra revisión para asegurarse de que todo funciona correctamente.
Esto hace que sean mucho mejores que las alternativas con caldera o eléctricas, ya que esos dispositivos más antiguos pueden sufrir múltiples averías o fallos de funcionamiento a lo largo de su vida útil.
Mayor control.
Los radiadores convencionales suelen depender de un único termostato que ajusta la temperatura de todas las habitaciones de la casa, pero los sistemas de calefacción por suelo radiante pueden ser mucho más específicos.
Funcionan mediante un software que puede regular el calor en cada habitación. Esto evita el desperdicio de energía, ya que las habitaciones que no se utilizan no necesitan ser calentadas, y también le permite ahorrar un poco de dinero. También permite una mayor comodidad, ya que el software de control puede manejarse incluso con un smartphone o una tablet.
El sistema funciona con agua caliente a baja temperatura (35 °C). Funciona también con aerotermia y geotermia, es decir, está diseñada para trabajar con equipos a bajas temperaturas.
Desventajas de la calefacción por suelo radiante.
A veces, el agua que se envía al suelo puede tener una temperatura muy elevada, lo que puede generar molestias en los pies.
Es una instalación que no está al acceso de todas las personas. Suele ser costosa y requiere que la propiedad sea nueva, dado los inconvenientes que genera si el edificio necesita remodelación.
Coste – El coste inicial puede ser considerable y la instalación del sistema puede causar muchos trastornos en tu casa. En los edificios antiguos, crear las condiciones adecuadas bajo el suelo también puede resultar caro.
Tiempo – La calefacción por suelo radiante tarda más en encenderse que un radiador, por lo que hay que utilizar un temporizador para predecir cuándo se quiere calor en determinadas habitaciones.
Mobiliario – No se puede usar debajo de algunos muebles o accesorios, lo que limita la forma de organizar la casa. Es posible que los artículos grandes y pesados tengan que desaparecer por completo.
Instalación – Si optas por un sistema de agua, tendrás que pagar a un profesional para que lo instale. Por otro lado, los sistemas más pequeños pueden no calentar lo suficiente la habitación y requerir radiadores de todos modos.
Científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur, han desarrollado un dispositivo de bajo coste capaz de aprovechar la energía del viento, tan suave como una ligera brisa, y almacenarla en forma de electricidad.
Este dispositivo recién desarrollado puede producir un voltaje de tres voltios y generar electricidad de hasta 290 microvatios cuando se expone a vientos con una velocidad de tan sólo 2 m/s. Esto es suficiente para alimentar un sensor y para que también envíe los datos a un teléfono móvil o a un ordenador.
Bautizado como «Wind Harvester«, este dispositivo ligero y duradero también desvía la electricidad que no se utiliza a una batería, donde puede almacenarse para alimentar dispositivos en ausencia de viento.
El equipo de la NTU afirma que el dispositivo, que mide 15 cm x 20 cm, puede montarse fácilmente en los laterales de los edificios y sería ideal para entornos urbanos, donde la velocidad media del viento es inferior a 2,5 m/s, fuera de las tormentas.
El cuerpo de este generador está hecho de fibra epoxi, un polímero muy duradero, con el accesorio principal que interactúa con el viento y está hecho de materiales baratos, como cobre, papel de aluminio y politetrafluoroetileno, un polímero duradero que también se conoce como teflón.
Cuando el generador se expone al viento, comienza a vibrar, haciendo que su placa se acerque y se aleje del tapón. Esto hace que se formen cargas en la lámina, y que se forme una corriente eléctrica al pasar de la lámina de aluminio a la de cobre.
En las pruebas de laboratorio, el cosechador de viento desarrollado por la NTU podía alimentar LEDs de forma constante a una velocidad de viento de 4 m/s. También podía activar un dispositivo sensor y alimentarlo lo suficiente como para enviar la información de la temperatura ambiente a un teléfono móvil de forma inalámbrica.
Los investigadores afirman que su invento tiene el potencial de sustituir a las baterías en la alimentación de las luces de diodos emisores de luz (LED) y los sensores de control de la salud estructural. Éstos se utilizan para vigilar la salud estructural de infraestructuras o edificios, alertando a los ingenieros de problemas como inestabilidades o daños físicos en construcciones metropolitanas como rascacielos y puentes.
Como fuente de energía renovable y limpia, la generación de energía eólica ha atraído una gran atención de la investigación. Nuestra investigación pretende subsanar la falta de un recolector de energía a pequeña escala para funciones más específicas, como alimentar sensores y dispositivos electrónicos más pequeños. El dispositivo que hemos desarrollado también sirve como alternativa potencial a las baterías de iones de litio más pequeñas, ya que nuestro cosechador eólico es autosuficiente y sólo requeriría un mantenimiento ocasional, y no utiliza metales pesados, que, si no se eliminan adecuadamente, podrían causar problemas medioambientales.
Yang Yaowen, profesor que dirigió el proyecto.
El equipo de la NTU trabaja ahora en mejorar las funciones de almacenamiento de energía de su dispositivo, así como en experimentar con diferentes materiales para mejorar su potencia de salida.
Un equipo de investigadores entre los que se incluyen expertos de la [Universidad Tecnológica de Eindhoven](Universidad Tecnológica de Eindhoven) (TUE), en Países Bajos, ha sumado fuerzas para alcanzar uno de los grandes retos de las instalaciones fotovoltaicas: ganar eficiencia. Y no les ha ido mal en el intento. El organismo holandés asegura que han logrado romper la barrera de eficiencia de las células solares del 30% con un dispositivo en “tándem”, conocido así por combinar las basadas en silicio y perovskita.
El anuncio es importante para el sector. La capacidad de conversión de energía es una de las claves de la tecnología fotovoltaica y pieza fundamental para facilitar su implantación: a mayor eficiencia, mayor capacidad para generar más energía utilizando la misma superficie con un coste menor.
A comienzos de 2021, Ignacio Mártil de la Plaza, catedrático en la Universidad Complutense, apuntaba cómo al juntarse en un tándem con el silicio las perovskitas eran capaces de alcanzar una eficiencia que rondaba el 30%. Por esas mismas fechas Oxford Photovoltaics señalaba de hecho un porcentaje del 29,52% con una célula de tamaño comercial, de 15×15 centímetros. La mayoría de paneles solares comerciales presentan una eficiencia que, precisa Solarnub, ronda el 22%.
En Países Bajos han logrado ir ahora un paso más allá.
La lucha para una mejor conversión de energía
La universidad de Eindhoven y la firma Solliance, con sede también en Holanda, aseguran que “por primera vez” han conseguido que un dispositivo tándem de perovskita y silicio de cuatro terminales supere la barrera del 30%. “Hemos unido fuerzas para impulsar aún más la eficiencia de conversión de las células solares en tándem más allá de los límites de los módulos fotovoltaicos comerciales actuales”, señalan ambos organismos, que detallan que en el proyecto se han embarcado otros protagonistas, como TNO, institución dedicada al impulso de la investigación aplicada.
“Una eficiencia así permite mayor potencia por metro cuadrado y menor coste por kWh. El resultado se ha logrado mediante la combinación de la emergente célula solar de perovskita con tecnologías de células solares de silicio convencionales. La celda de perovskita que presenta contactos transparentes y forma parte de la pila en tándem se certificó de forma independiente”.
“Los dispositivos en tándem pueden alcanzar eficiencias más altas que las células solares de unión única debido a una mejor utilización del espectro solar. Los tándems emergentes actuales combinan tecnología de silicio comercial para el dispositivo inferior con tecnología de perovskita”, abundan.
La clave estaría en la capacidad de esta tecnología, fundamental en el desarrollo fotovoltaico, para la conversión de la luz ultravioleta y visible y su transparencia a la infrarroja. Al tratarse de dispositivos de cuatro terminales (4T), las celdas superior e inferior funcionan de forma independiente.
En Países Bajos y Bélgica los investigadores han logrado mejorar en un 19,7% la eficiencia de las células de perovskita semitransparentes con un área de 3×3 mm2. “Este tipo de celda solar presenta un contacto posterior muy transparente que permite que más del 93% de la luz infrarroja cercana llegue al dispositivo inferior. El rendimiento se logró mediante la optimización de todas las capas de las células solares de perovskita semitransparentes”, detalla Mehrdad Najafi, de TNO. Combinado con el dispositivo de silicio, de 20×20 mm2, el tándem 4T ofrece una eficiencia del 30,1%.
En Eindhoven insisten en las ventajas de la celda de perovskita altamente transparente con otras tecnologías basadas en silicio. Gracias a otras pruebas, abundan, han podido comprobar su potencial y flexibilidad para combinarlas con tecnologías que ya se están comercializando.
“Ahora conocemos los ingredientes y podemos controlar las capas que se necesitan para lograr una eficiencia superior al 30%. Una vez combinados con la experiencia en escalabilidad y el conocimiento acumulado en los últimos años podemos enfocarnos con nuestros socios industriales para llevar esta tecnología a la producción en masa”, señala la profesora Gianluca Coletti, de TNO.
Aunque el coche eléctrico cada vez es más común en el mercado, lo cierto es que sus ventas siguen representando una porción pequeña al año. De hecho, en estos nueve meses de 2022 se han matriculado en España poco más de 25.000 eléctricos. Sin embargo, esto podría dar un giro transcendental si la tecnología de la NASA que permite cargar un coche eléctrico en solo 5 minutos se acaba estandarizando.
Entre las barreras que encuentran los compradores potenciales en los coches eléctricos se encuentra la autonomía, los precios aún elevados y, sobre todo, el tiempo de recarga de la batería. Muchos son los fabricantes que ya ofrecen posibilidades de carga rápida, lo que reduce el tiempo de recarga (hasta un 80%) a unos 30-40 minutos, dependiendo del tamaño de la batería. Pero, para algunos esto sigue siendo demasiado.
Investigadores de la Universidad de Purdue se han inspirado en un módulo de ebullición de flujo de la NASA para reducir la cantidad de calor que viaja a través de los cables para empujar 1.400 amperios, en lugar de los 520 amperios que se entregan en los cargadores más avanzados actuales, según informa Computer Hoy.
Esta tecnología fue diseñada inicialmente para la Estación Espacial Internacional, para las naves en órbita. Sin embargo, Issam Mudawar, profesor de ingeniería mecánica en Purdue, decidió construir un prototipo en 2021 que podía cargar los coches eléctricos de una forma más rápida. Para ello, se inspiró en esta tecnología de la NASA.
Se trata de un cable de carga que puede entregar una corriente 4,6 veces superior a la de los cargadores de coches eléctricos actuales. Está integrado en un módulo que se asemeja a una estación de carga convencional. Incluye la bomba, un tubo con el mismo diámetro de un cable de carga convencional, controles de instrumentación, y las mismas velocidades de flujo y temperaturas.
La propia NASA se hizo eco de este avance tecnológico en el capo de la carga de coches eléctricos y emitió un comunicado donde se puede leer que “la aplicación de esta nueva tecnología ha resultado en una reducción sin procedentes del tiempo requerido para cargar un vehículo y poder eliminar una de las barreras clave para la adopción mundial de vehículos eléctricos”.
La industria fotovoltaica ha sido testigo de varias mejoras nuevas, abaratando los procesos de fabricación y aumentando la eficiencia de conversión de energía. Las células solares de película delgada se consideran el futuro de la tecnología solar, ya que presentan varias ventajas, como una mayor eficiencia en la recolección de energía en interiores, una fabricación más sencilla, menores costos y un menor impacto ecológico que las células fotovoltaicas (PV) convencionales.
Además, están surgiendo aplicaciones portátiles modernas, en las que las células solares convencionales no son adecuadas debido a su volumen, rigidez y peso. Los fotovoltaicos de película delgada son significativamente más livianos y adecuados para aplicaciones donde se requiere flexibilidad y menos peso.
Los módulos solares de película delgada se pueden integrar en detectores de humo, sensores de movimiento, pantallas electrónicas más pequeñas y otros dispositivos de factor de forma pequeño para eliminar las baterías o el cableado externo. Esta ventaja los hace más ecológicos. Estas celdas también son adecuadas para la construcción de fachadas o estructuras débiles. Además, se pueden hacer semitransparentes para su implementación en Windows.
Los analistas de IDTech predicen que el mercado de los fotovoltaicos de película delgada será testigo de una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 10 % en los próximos diez años, gracias a tecnologías emergentes como los fotovoltaicos de perovskita.
Costos vs. Eficiencia y Durabilidad
Las células solares de película delgada están destinadas a la pequeña electrónica autoalimentada y al sector IoT (Internet de las cosas), que se espera que crezca significativamente en los próximos años. Para estas aplicaciones, la alta potencia y la alta eficiencia no son requisitos estrictos. Aunque la tecnología de película delgada siempre ha sido más barata pero menos eficiente que la tecnología solar convencional basada en silicio, los ingenieros creen que las células fotovoltaicas con una eficiencia del 10-15% podrían ser suficientes para operar la mayoría de los dispositivos electrónicos portátiles.
Otra característica que las películas delgadas intercambian por costos es la durabilidad. Muchos dispositivos están destinados a un uso a corto plazo, ya que se actualizan con modelos más nuevos, lo que reduce la necesidad de células solares de larga duración. Si los precios son más bajos y las celdas pueden demostrar un rendimiento viable, pueden reemplazar las baterías en dispositivos electrónicos portátiles.
Potenciales tecnologías de película delgada
Dos tecnologías principales de película delgada son el telururo de cadmio (CdTe) y el seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS), y CdTe domina actualmente el mercado de película delgada. Ha habido preocupaciones sobre la escasez de telurio, pero se espera que el mercado se mantenga debido a las iniciativas de recuperación y reciclaje.
Las células solares CIGS se fabrican depositando una fina capa de solución CIGS sobre sustratos junto con los electrodos. La solución tiene un alto coeficiente de absorción y absorbe fuertemente la luz solar. Por lo tanto, las células requieren películas más delgadas de material activo. Aunque CIGS supera a la tecnología de polisilicio a nivel de celda, la eficiencia de su módulo es aún menor. Los analistas de mercado predicen que los PV de perovskita superarán la tecnología CIGS en los próximos años.
Las células fotovoltaicas de perovskita son fáciles de fabricar, no utilizan materiales tóxicos o de tierras raras y son adecuadas para aplicaciones de alta densidad de potencia en interiores y exteriores. Estas células solares utilizan un compuesto de estructura de perovskita como capa activa captadora de luz. Esta tecnología ha mostrado ganancias de eficiencia notables recientemente y ha demostrado ser una solución escalable.
Sin embargo, las células solares de perovskita son menos duraderas en comparación con la tecnología convencional basada en silicio. Sin embargo, siguen siendo adecuados para dispositivos electrónicos de baja potencia y algunos sistemas grandes para exteriores.
Otra tecnología menos duradera es la tecnología fotovoltaica orgánica, que utiliza moléculas orgánicas para absorber la luz. Su vida útil suele ser de cinco años, suficiente para el uso a corto plazo de la electrónica. Sin embargo, la tecnología de perovskita es superior debido a su fabricación más sencilla.
Las células solares sensibilizadas por colorante (DSSC) son otro competidor en este segmento para el cual, al igual que los fotovoltaicos orgánicos, el rango de aplicación se limita a la electrónica de uso a corto plazo debido a su corta vida útil. En los DSSC, se forma un semiconductor entre un ánodo fotosensibilizado que absorbe fotones y un electrolito para crear un sistema fotoquímico. Sin embargo, son sensibles a altas y bajas temperaturas. A altas temperaturas, el electrolito se expande, haciéndolo inutilizable. A bajas temperaturas, puede congelarse.
Algunas de estas tecnologías de película delgada ya han llegado al mercado. Hay auriculares inalámbricos alimentados por DSSC, y Adidas ha anunciado recientemente una asociación con un fabricante de DSSC. Las células solares orgánicas son útiles en sensores y contadores a pequeña escala. Además, los ingenieros y analistas creen que los fotovoltaicos de perovskita se unirán pronto a este floreciente mercado.
Las organizaciones de fabricación de todo el mundo están invirtiendo significativamente en la transformación digital para mejorar el desarrollo de productos y plantas de fabricación. Las empresas que adoptan una visión holística del gemelo digital encontrarán un mayor éxito a medida que persiguen estas iniciativas en cada paso del ciclo de vida del producto.
Una definición mejorada de gemelo digital y el subproceso digital
Las organizaciones de fabricación saben que se estabilizan al día con la competencia requieren una evaluación y mejora constantes del proceso de desarrollo de productos. Como se informó en la Agenda estratégica del ejecutivo de ingeniería de Lifecycle Insights de 2020, el 25 % de los encuestados invirtió en esfuerzos de mejora el año pasado. Y un 38% adicional de los encuestados afirmó que planeaba invertir en mejoras el próximo año. Las mejoras son necesarias para mantener una ventaja competitiva frente a requisitos cada vez más complejos y plazos reducidos.
Si bien los conceptos de gemelo digital e hilo digital son relativamente nuevos en la industria, han ganado terreno rápidamente. Las iniciativas de mejora de muchas empresas se centran en el gemelo digital, un modelo virtual completo que define un producto o una planta. Otras organizaciones están priorizando el hilo digital, o la secuencia de actividades virtuales en los procesos comerciales que pueden mejorar y expandir el gemelo digital. Con muchas empresas investigando o buscando iniciativas de transformación digital (DX), muchas se preguntan qué papel juegan los gemelos digitales y los subprocesos digitales en esos esfuerzos.
En esta publicación, discutiremos los roles tanto del gemelo digital como del subproceso digital en mayores iniciativas de transformación digital.
El papel del gemelo digital en la transformación digital
Hace unos años, si le hubiera pedido a un miembro de la comunidad de fabricación que definiera el término «gemelo digital», podría haber obtenido una variedad de respuestas diferentes. Desde entonces, la definición de gemelo digital se ha solidificado en toda la industria.
El gemelo digital es una representación virtual de un producto o planta que existe antes de que se construya físicamente. Las organizaciones colaboran en torno a esta definición inequívoca del producto o planta. Los miembros de todos los departamentos funcionales pueden trabajar desde el mismo plano digital. Esta «única fuente de verdad» virtual facilita a los fabricantes el desarrollo de un diseño optimizado y la predicción del rendimiento del diseño, mucho antes de unir las piezas.
Tradicionalmente, el gemelo digital de un producto conectado inteligente probablemente incluiría el hardware mecánico, la electrónica, los sistemas de distribución eléctrica y el software integrado. Del mismo modo, un gemelo digital integral de una planta cubriría el diseño y la programación de herramientas para equipos de control numérico por computadora (CNC) y robótica, así como la planificación de celdas, líneas e instalaciones, y más. Estas definiciones forman una base sólida para la ingeniería y otros departamentos funcionales.
La profundización del gemelo digital mediante la incorporación de una mayor fidelidad y definiciones más detalladas desde el principio coloca a las organizaciones en una posición aún mejor para respaldar las mejoras.
Por ejemplo, un gemelo digital mejorado podría incluir una simulación muy detallada y precisa de cómo funcionaría un producto inteligente y conectado. Podría enviar datos de sensores a una plataforma de Internet de las cosas (IoT) para su análisis y una toma de decisiones más informada. En el caso del gemelo digital de una planta, una definición más mejorada podría simular a un trabajador ejecutando un proceso con asistencia robótica y evaluar la tensión resultante en el trabajador.
Cortesía de Siemens.
Los gemelos digitales más detallados pueden ayudar a las organizaciones de fabricación a obtener beneficios más tangibles de sus inversiones en transformación digital. Esos beneficios incluyen:
una colaboración más estrecha entre los departamentos funcionales, capacidades mejoradas de solución de problemas, una reducción de errores y retrasos innecesarios, y habilidades de toma de decisiones más informadas a lo largo de todo el ciclo de vida del desarrollo.
El papel del hilo digital en la transformación digital
El concepto de hilo digital es más nuevo que el de gemelo digital y, debido a su novedad, su definición todavía está evolucionando un poco. La definición que se acerca al consenso es que el hilo digital es la forma digital de los procesos de negocios individuales (actividades, tareas y decisiones) que mejoran y expanden el gemelo digital. Estos procesos también respaldan los esfuerzos de automatización, trazabilidad y estandarización.
Algunas organizaciones están convirtiendo procesos manuales, en papel o basados en correo electrónico en procesos digitales automatizados que luego pueden ocupar su lugar en el hilo digital. Esto hace que el hilo digital sea más robusto. Los procesos que podrían convertirse incluyen actividades digitales de apoyo en algún tipo de sistema de registro, o tareas de automatización o enrutamiento basadas en restricciones y lógica definida. En estos ejemplos, un beneficio tangible es que las partes interesadas del proyecto pueden ser notificadas automáticamente sobre decisiones clave o cualquier actividad que pueda estar fuera de programa.
Una segunda forma en que los fabricantes aprovechan el subproceso digital para mejorar es mediante la automatización de procesos y la exposición de más información en otros sistemas comerciales, incluidos los que utilizan los socios proveedores. Dichos esfuerzos pueden abarcar múltiples tipos de sistemas, incluidas las plataformas de gestión del ciclo de vida del producto (PLM) y los sistemas de ejecución de fabricación (MES). Al compartir datos críticos entre diferentes sistemas comerciales, las organizaciones pueden mejorar la comunicación y la colaboración, respaldar decisiones clave e iniciar disparadores para activar procedimientos de contingencia.
Cortesía de Siemens.
La adopción del subproceso digital permite a una organización conectar fuentes dispares de información, datos que, tradicionalmente, han estado aislados y son difíciles de acceder. Cuando estos datos fluyen libremente, pueden respaldar los esfuerzos de automatización y mejora en cada paso del ciclo de vida del desarrollo del producto.
Comenzar y expandirse a su propio ritmo
Cuando se trata de adoptar el gemelo digital o el hilo digital, no existe un enfoque único para todos. De hecho, el éxito de las iniciativas de varios fabricantes muestra que los esfuerzos de transformación digital, respaldados por el gemelo digital o hilo digital, realmente pueden comenzar en cualquier lugar. Solo tiene que identificar un flujo de trabajo o proceso que se beneficiará de un cambio digital.
Al considerar cómo aprovechar dichas tecnologías en sus propios esfuerzos de mejora, la clave es perseguir objetivos alcanzables con esfuerzos a la escala adecuada. La transformación digital no es un proceso de la noche a la mañana. Una vez que identifique un lugar para comenzar, vale la pena comenzar poco a poco y construir sobre esas victorias. Con cada mejora exitosa, aprenderá cómo expandir mejor sus esfuerzos de transformación digital a otras áreas, aprovechando ese trabajo anterior para que pueda mejorar el gemelo digital o el hilo digital en otros pasos o fases del ciclo de vida del desarrollo del producto. La transformación digital, verdaderamente, es un esfuerzo acumulativo.
Pensando en grande
Las organizaciones de fabricación que buscan producir productos más complejos en plazos más cortos están aprovechando las iniciativas de transformación digital. Si bien no existe un único enfoque correcto para respaldar esas mejoras, un gemelo digital y subprocesos digitales pueden ayudar.
Las empresas que piensan de manera más amplia sobre cómo definir y crear este tipo de activos digitales cosecharán cada vez más los beneficios, disminuirán los posibles errores y problemas y mejorarán el diseño y las operaciones mientras trabajan para construir los productos y las plantas del mañana.
