Científicos en Estados Unidos y Alemania
investigaron con modelos matemáticos la forma más eficiente de orientar
paneles solares. Y la respuesta, para sorpresa de los expertos, ya había
sido hallada por la naturaleza hace millones de años.
Alexander Mitsos y Corey Noone, del Instituto
Tecnológico de Massachussets, MIT por sus siglas en inglés, comenzaron
estudiando la distribución de los paneles solares en la planta de
concentración solar conocida como PS10, cerca de Sevilla, en el sur de
España.
Más de 600 espejos, cada uno del
tamaño de la mitad de una cancha de tenis, siguen al sol concentrando
sus rayos en una torre central, donde el calor es transformado en
electricidad para 6.000 hogares. Las plantas de concentración solar (CSP por sus
siglas en inglés) utilizan grandes conjuntos de espejos o helióstatos
para concentrar los rayos del sol en un área pequeña. La luz concentrada
es convertida en calor, que a su vez genera electricidad.
En la distribución tradicional, los espejos son
dispuestos en filas de semicírculos concéntricos similares a un teatro,
pero este patrón no es totalmente eficiente. Si bien hay brazos
robóticas que mueven los espejos para seguir el movimiento del Sol, hay
momentos del día en que unos espejos hacen sombra sobre otros.
La forma más eficiente de distribución, según
los expertos del MIT, es colocar cada panel a un ángulo constante de 137
grados respecto al que le antecede, un patrón conocido en matemática
como la espiral de Fermat, en alusión al matemático francés del siglo
XVII.
Y ésa es exactamente la manera en que están dispuestas las florecillas en el interior de un girasol.
En la planta PS10, los espejos concentran la luz del Sol en una torre y el calor es transformado en electricidad.
Los investigadores del MIT comenzaron haciendo
una representación digital de la planta PS10 y dividiendo cada espejo en
cerca de 100 segmentos. Posteriormente utilizaron modelos matemáticos
para calcular la pérdida de energía en cada segmento cuando los espejos
bloquean parcialmente la luz. Por último, reconfiguraron los segmentos
para un aprovechamiento ideal de la radiación solar.
Mitsos y Noone también buscaron combinar esa
distribución con otro objetivo clave, ahorrar espacio, y mostraron el
patrón resultante a otro de los investigadores, Manuel Torrilhon, de la
Universidad Aachen en Alemania.
Torrilhon reconoció la presencia de un patrón en
espiral, similar al hallado en la naturaleza, por lo que los
investigadores buscaron inspiración para su patrón óptimo
específicamente en los girasoles.
Las minúsculas florecillas que conforman el
interior de un girasol están dispuestas en el patrón conocido como
espiral de Fermat, que puede verse en distintos objetos en la naturaleza
y ha fascinado a los matemáticos durante siglos.
Los griegos incluso aplicaron el patrón a la
arquitectura. En un girasol, cada florecilla está inclinada respecto a
su vecina en una proporción de 137 grados, lo que se conoce como el
"ángulo dorado".
Las plantas de concentración solar requieren grandes extensiones de tierra, sin embargo, la nueva distribución mejora la eficiencia de los paneles y permite colocarlos en un espacio 16% menor.
Mitsos asegura que utilizar este patrón en
plantas de concentración solar en el futuro permitiría reducir
significativamente la cantidad de tierra utilizada, disminuyendo costos.
"Las plantas de energía termal solar concentrada
requieren enormes extensiones de superficie. Si queremos lograr en el
futuro que al menos un 10% de la energía provenga de fuentes renovables,
necesitaremos grandes áreas, por lo que la eficiencia es fundamental",
señaló el investigador del MIT.
El estudio, publicado en la revista
Solar Energy,
muestra la importancia de la biomimesis o biomimética, un campo de
investigación que busca inspiración en la naturaleza para la solución de
problemas tecnológicos y sociales.
Fuente:
BBC Mundo.
