Tradicionalmente, el almacenamiento de energía solar se realiza por medio de baterías solares. Existen muchos tipos en el mercado, y debido al aumento de la producción se están diseñando de mayores tamaños. Esta realidad ha impulsado a los investigadores en otras direcciones.
Los avances en el desarrollo de sistema solar térmico llevan sucediéndose desde hace años. Buscan aprovechar al máximo la energía solar. El último avance en almacenamiento de energía solar es mediante un fluido químico capaz de almacenar energía durante años.
Este avance tiene una gran ventaja, y es que se puede liberar en forma de energía térmica cuando se necesite. Los investigadores han denominado a esta nueva técnica de aprovechamiento de la energía solar «Sistema Solar Térmico Molecular«. Los científicos afirman que es mucho más eficiente y perdurable que cualquier sistema actual.
Esta línea de investigación favorece el uso de las células solares fotovoltaicas, que están obteniendo excelentes rendimientos. El líquido funciona como una batería recargable, pero en lugar de electricidad, la radiación solar se libera en forma de calor cuando se necesita.
El almacenamiento de energía solar en un fluido
El fluido está formado por moléculas creadas por los científicos de la Universidad Tecnológica de Chalmers. Este proyecto se inicio en el año 2017 y continua en desarrollo. Su objetivo es lograr un nuevo método de almacenamiento de energía solar
Es posible almacenar la energía solar en estado líquido. Nuestra investigación demuestra más de 140 ciclos de almacenamiento y liberación de energía con una degradación insignificante.
Moth-Poulsen
Esta molécula está compuesta de carbono, hidrógeno y nitrógeno, y cuando queda expuesta a la luz solar, provoca que los enlaces entre sus átomos se reorganizan. Entonces se convierten en una nueva versión energizada de sí misma, llamada isómero.
«La energía solar queda atrapada entre los fuertes enlaces químicos del isómero, y permanece allí incluso cuando la molécula se enfría a temperatura ambiente», explica el profesor Kasper Moth-Poulsen, que está al frente de la investigación. “Este sistema es muy robusto: puede soportar más de 140 ciclos de almacenamiento y liberación de energía con una degradación insignificante”, añade.
La energía en este isómero se puede almacenar hasta 18 años y seguir aportando calor a altas temperaturas , según Moth-Poulsen. De momento, el equipo investigador ha puesto a prueba un prototipo de este revolucionario sistema en el tejado de uno de los edificios de la universidad y los resultados obtenidos han llamado la atención de inversores internacionales.
El fundamento de la novedosa técnica de almacenamiento de energía solar
Los combustibles solares basados en fotointerruptores moleculares tienen el potencial de combinar la conversión. El almacenamiento y la liberación de energía solar en un proceso extremadamente simple de un fotón y una molécula.
Estas investigaciones demuestran el almacenamiento y la liberación de energía solar controlados electroquímicamente con alta reversibilidad en un fotointerruptor de norbornadieno hecho a medida.
Se investigo la conversión fotoquímica del 2-ciano-3- (3,4-dimetoxifenil) -norbornadieno (NBD ‘) pobre en energía en su contraparte rica en energía 2-ciano-3- (3,4-dimetoxifenil) -quadriciclano (QC ‘) y la reconversión activada electroquímicamente.
Las bandas características de NBD ‘y QC’ fueron identificadas por la teoría funcional de densidad (DFT). Posteriormente, fueron monitoreadas in situ durante el proceso de almacenamiento y liberación de energía por espectroscopía de absorción de reflexión infrarroja fotoelectroquímica (PEC-IRRAS).
A continuación, se identificaron las regiones estables de ambos isómeros en un electrodo Pt (111). La prueba concluyó mediante la prueba de la estabilidad de la pareja NBD ‘/ QC’ durante 1000 ciclos de almacenamiento y liberación.
La conclusión fue que se puede lograr reversibilidades de más del 99% por ciclo en este sistema de almacenamiento de energía activado electroquímicamente.
¿Se puede resolver el almacenamiento de energía solar con moleculas?
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¿Qué es un sistema solar térmico?
Un sistema solar térmico atrapa la energía de la radiación solar mediante un captador. Este dispositivo permite la circulación de un fluido y la envía a un sistema utilizable, es decir, un medio que pueda emplearse de forma útil.
Un sistema solar térmico permite calentar un edificio sin la utilización de ningún combustible, es decir, empleando únicamente la energía del sol. Sus aplicaciones en la vida diaria son muy variadas: desde el aprovechamiento de grifos o duchas hasta la climatización de piscinas.
La producción de agua caliente sanitaria (ACS) es la principal aplicación de un sistema solar térmico a nivel particular. Esto es debido a la gran cantidad de veces que consumimos esta energía a lo largo del año.
En la actualidad, este tipo de energía es tan relevante que el Código Técnico de la Edificación exige que las nuevas edificaciones, cuenten con energía solar para cubrir las necesidades energéticas de ACS. Esta normativa, también aplica a las edificaciones que están siendo rehabilitadas
Diferencias entre un sistema solar térmico y fotovoltaico
A pesar de que ambos sistemas son renovables, la forma de producir energía es totalmente diferente. El primero emplea el calor del sol, mientras que el segundo transforma la radiación solar en energía mediante corriente eléctrica.
Ambos sistemas solares, tienen una importante similitud, ya que los dos cumplen el objetivo de reducir la factura eléctrica, incluso autoabastecerse mediante la energía solar.
Sistemas de almacenamiento de energía solar
Cada vez más sistemas requieren almacenamiento fotovoltaico. Estos sistemas tienen baterías que almacenan la electricidad generada durante las horas de sol y la mantienen lista para su uso posterior.
Dichos sistemas de almacenamiento fotovoltaico permiten a los operadores utilizar la mayor cantidad de energía solar generada posible. Cuanto más eficiente es el sistema de almacenamiento, mayor es la ventaja económica.
El proyecto Testbench aumenta la calidad de las mediciones de eficiencia para que los planificadores y operadores puedan comparar mejor los sistemas de baterías.
La energía fotovoltaica convierte la luz solar directamente en energía eléctrica . Por lo tanto, contribuye a un suministro de energía sostenible. Los operadores de sistemas fotovoltaicos utilizan la mayor cantidad de energía solar generada posible.
Esto se logra con baterías que almacenan la electricidad generada durante las horas de sol, que posteriormente, inyectan a la Red para su consumo. Esto lo hacen en los momentos en que el sistema fotovoltaico no produce electricidad.
El mercado de sistemas de almacenamiento fotovoltaico está creciendo constantemente. Numerosas instalaciones fotovoltaicas lo emplean para aumentar la generación de energía solar y para obtener una mayor independencia de la red.
Testbench: un proyecto de almacenamiento de energía solar
Para garantizar el beneficio económico para el operador del sistema, es crucial una alta eficiencia del sistema de almacenamiento fotovoltaico. El objetivo del proyecto “Testbench” es mejorar la calidad de las mediciones de eficiencia en los sistemas de almacenamiento fotovoltaico para que los planificadores y operadores puedan compararlas mejor.
El proyecto Testbench se centra particularmente en la reproducibilidad y la comparabilidad de los resultados de medición en los diversos bancos de pruebas de los socios del proyecto. Se trata de un procedimiento de prueba para determinar la eficiencia de los sistemas de almacenamiento de energía solar, desde las directrices hasta el estándar.
En la segunda mitad del proyecto, una prueba de aptitud validará la efectividad de las mejoras y demostrará la reproducibilidad de los resultados de los socios involucrados.
“Una norma o una regla de aplicación VDE sería un paso importante para consolidar aún más la posición de mercado de los fabricantes alemanes”, explica Nina Munzke, Jefe del grupo de almacenamiento y análisis del sistema en el centro de tecnología de baterías de KIT.
La gran cantidad de clientes internacionales de sistemas de almacenamiento fotovoltaico ha conducido a buscar una fórmula común para todos los paises. Por eso, los resultados del proyecto se incorporarán a la estandarización internacional.
El proyecto busca fortalecer las oportunidades competitivas de los fabricantes alemanes en los mercados internacionales. El plan del proyecto también incluye la realización de talleres para un intercambio dinámico con expertos internacionales.
Los detalles del proyecto de almacenamiento fotovoltaico
El proyecto “Procedimiento de prueba para determinar la eficiencia de los sistemas de almacenamiento fotovoltaico: desde las directrices hasta el estándar” se conoce de forma abreviada como Testbench. Se ejecuta desde el 1 de enero de 2020 hasta el 31 de diciembre de 2021.
El proyecto está financiado por el Ministerio Federal de Economía de Alemania. El proyecto concluye con una guía. La guía de eficiencia estandariza la caracterización de la eficiencia, el consumo en espera y la eficiencia de control de los sistemas de baterías fotovoltaicas.
El proyecto ha sido desarrollado por el grupo “FG Efficiency Guidelines” de BVES y BSW junto con empleados de varios institutos de investigación, laboratorios de prueba y fabricantes de sistemas de almacenamiento fotovoltaico.
Permite una comparación de diferentes sistemas utilizando métodos básicos, la reproducibilidad de los resultados es esencial. Sin embargo, las investigaciones preliminares han demostrado que las mediciones a veces conducen a resultados diferentes. Esto se ha probado en los mismos sistemas de almacenamiento fotovoltaico en diferentes institutos de medición.
Además, en la versión actual de la guía, las condiciones para las mediciones aún no están definidas con la suficiente precisión. Esto ha sido demostrado por la experiencia previa. Un ejemplo, son los requisitos para la precisión de los sensores de corriente, sensores de voltaje, las tasas de muestreo y las longitudes de período que se utilizarán en la medición al promediar.
El proyecto de almacenamiento fotovoltaico está financiado por BMWi está siendo desarrollado conjuntamente por Fraunhofer IEE, KIT, VDE | DKE, TÜV, Rheinland, AIT, BSW y BVES.
Caso de éxito en almacenamiento de energía solar
Un caso de éxito en almacenamiento de energía solar lo encontramos en Australia. Se trata de uno de los sistemas híbridos de batería a escala de red más grandes del hemisferio sur. Se denomina Proyecto Solar River y está ubicado en Australia del Sur.
La red eléctrica del sur de Australia tiene una de las cargas más altas del mundo. El sistema de almacenamiento de energía se instala junto a una con una planta de energía solar de 200 MW. Era necesario para que la planta mantenga una generación firme y suavice los picos. Esto permitirá tener una red más estable en los próximos años.
