Una comunidad que mejora las plantas fotovoltaicas

La trilogía cinematográfica ‘El Señor de los Anillos’ está basada en una novela escrita en 1954. Su salto a la gran pantalla en 2001, además de un buen puñado de estatuillas doradas de la academia americana y de una recaudación billonaria, dejó todo un fenómeno social que aglutina a millones de personas cada año en congresos, maratones de juegos y otros encuentros donde ponen en común su admiración por este mundo creado por Tolkien.

Si desguazamos las ideas principales de la historia vemos a dos hobbits, Frodo y Sam, que van desde la Comarca hasta Mordor y viven un proceso de transformación personal superando todo tipo de desafíos para proteger el anillo. La sortija tiene la capacidad de concentrar el poder de Sauron, señor del Mal, amplificando su influencia y su capacidad destructiva. La Comunidad, compuesta por miembros de diferentes razas y habilidades, ayuda a los protagonistas y trabajan juntos por un objetivo común: destruir el anillo y salvar la Tierra Media. En la historia aparecen también personajes que representan la conexión con el medio y la esperanza de salvación. Así, los Ents protegen el bosque y la luz de la estrella de Eärendil, contenida en una pequeño frasco, es una fuente de luz inagotable y el apoyo para Frodo y Sam en los momentos más oscuros.

Fotograma de la icónica saga ‘El Señor de los Anillos’. Imagen: Warner Bros.

De la misma manera, otra comunidad, la científica, pone todos sus esfuerzos en captar la energía de nuestro anillo más poderoso: el sol. El camino transformador en el uso de energías limpias y el abandono de aquellas basadas en hidrocarburos o que puedan suponer un peligro para la humanidad y el medioambiente, comenzó hace menos de un siglo. Casualmente, fue en 1954, el mismo año en el que Tolkien creó su obra, cuando se creó la primera célula solar de silicio, base de la tecnología fotovoltaica moderna.

El poder de un anillo único llamado sol

Esa luz inagotable, supone la esperanza de obtener electricidad en los hogares y la industria protegiendo la naturaleza. La comunidad no descansa para lograr su objetivo. Uno de los habitantes de esta comarca llamada Planeta Tierra es el equipo de investigación Tecnologías Eléctricas Sostenibles y Renovables de la Universidad de Cádiz quien ha presentado en un artículo publicado en la revista International Journal of Electrical Power & Energy Systems un nuevo diseño para la estructura de control de las plantas fotovoltaicas con el objetivo de reducir costes y tiempos en la producción de electricidad. Al mismo tiempo, mejora el control de las instalaciones al evitarse pérdidas de potencia indeseadas y simplificar el proceso de obtención de energía.

El equipo de investigación Tecnologías Eléctricas Sostenibles y Renovables de la Universidad de Cádiz, autor del artículo.

Para transformar la energía del sol en electricidad, se necesitan dos tipos de convertidores, unos dispositivos que modifican la corriente para que sea compatible con el uso doméstico e industrial. Es decir, estos aparatos son los responsables de que la energía fotovoltaica captada quede disponible para su utilización en la red pública:

1. Elevador (DC/DC): La energía que se genera en las placas tiene un voltaje bajo en corriente continua que debe elevarse para que pueda transportarse por la red.
2. Inversor: Se debe convertir de corriente continua a corriente alterna (DC/AC), que es como se puede consumir. 

La propuesta de los expertos se basa en la mejora del sistema en el que se ha reemplazado el primero de estos convertidores por una red de impedancia llamada inversor de fuente de cuasi impedancia (qZSI). “Este tipo de inversores permite la conversión DC/AC y el aumento de tensión en una sola etapa. Además, se reducen las pérdidas, los costos, la complejidad en el control y permite un aumento mayor de tensión con respecto al convertidor elevador”, indica a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Cádiz David Carrasco, autor del artículo.

Objetivo: punto de máxima potencia

El objetivo de una planta solar es lograr el punto de máxima potencia, es decir, optimizar la eficiencia y la producción de energía ajustando la tensión y la corriente para maximizar su rendimiento, incluso cuando exista algún fallo en el sistema. La propuesta de los investigadores ya se ha validado para ponerla en marcha en plantas fotovoltaicas.

Diseño de la estructura de control de las plantas fotovoltaicas propuesta por los investigadores.

Además de anular el elevador, los expertos proponen un cambio en la estructura y gestión de los inversores. Concretamente, conectan varios qZSI en cascada, que mejoran la fiabilidad de los sistemas. Esto los hace adecuados para aplicaciones en grandes escalas donde se requiere un alto rendimiento y precisión. Además, elevan la tensión de manera automática cuando el sistema lo necesita.

De la misma manera que Tolkien conectó a elfos con enanos, hombres y hobbits para aumentar la capacidad de lucha, en este sistema se combinan múltiples fuentes que amplían la cantidad de tareas y su complejidad. Así, si un qZSI falla, los otros pueden seguir funcionando, lo que garantiza que el sistema en su conjunto siga siendo confiable y no cese la producción. Esto lo consiguen con un algoritmo que analiza y redistribuye el proceso de manera automática y en tiempo real. Concretamente, lo logran elevando la tensión a la entrada del inversor. Con la nueva estructura, la referencia de la tensión se calcula en tiempo real en función del número de inversores que funcionan. 

El tipo de inversores propuesto permite la conversión DC/AC y el aumento de tensión en una sola etapa. Imagen: Pixabay.

El anillo está cada vez más cerca. La estrella inagotable da esperanzas para proteger la Tierra Media y vivir sin miedo a que el Mal se despliegue. La magia de la ciencia y la tecnología alza su bastón otra vez para invocar a esa luz brillante que disipa la oscuridad y repele a los enemigos que contaminan. Al mismo tiempo, se revelan las contraseñas y se descifran las inscripciones ocultas que permiten traspasar las puertas que nos conduzcan a lograr electricidad a partir de energía solar de bajo coste y alto rendimiento. 

Más información en #CienciaDirecta: Desarrollan un sistema ‘inteligente’ que mejora el control de plantas fotovoltaicas