PANELES SOLARES TRANSFORMAN LA VIDA DE FAMILIAS

 ENERGÍA LIMPIA PARA LAS COMUNIDADES RURALES DEL VALLE DEL CAUCA

La iniciativa llegó a zona amortiguadora del páramo del Duende y el DRMI Alto Calima, lugar donde no llega la red de energía convencional. El sistema fotovoltaico permite conectar electrodomésticos básicos y encender hasta 12 bombillas, simultáneamente.

En una zona de Calima El Darién, en donde el acceso a la electricidad ha sido históricamente limitado, la energía solar comienza a marcar una diferencia en la vida cotidiana de Amalia Loaiza, una mujer que por años tuvo que vivir a oscuras en el predio El Tesoro: desde hace un mes, cuenta con un sistema fotovoltaico, gracias a la CVC.

El panel solar permite mantener encendidas entre 10 y 12 bombillas al tiempo, además de alimentar a un televisor, una licuadora y cargar teléfonos celulares. El sistema también cuenta con una batería de almacenamiento que conserva la energía acumulada, garantizando el suministro, incluso, durante días nublados o periodos de baja radiación solar.

"Vivir sin servicios básicos, como la energía, es algo difícil de imaginar. Antes utilizaba velas y linternas para iluminar la casa, ahora, gracias al panel solar que nos instaló la CVC, puedo ver televisión en las noches, usar la licuadora y mantener la vivienda iluminada. Me cambió la vida por completo; es una bendición sentir que no estamos olvidados", dijo esta mujer campesina.

Vale la pena mencionar que la CVC está llevando esta iniciativa a otros municipios del Valle del Cauca, a través de la Fundación Geomacol, con el propósito de ampliar el acceso a energías limpias en zonas rurales apartadas.

“La implementación de sistemas de energía solar en áreas rurales contribuye a mejorar la calidad de vida de las comunidades y, al mismo tiempo, a reducir la huella de carbono en zonas de conservación, como el DRMI Alto Calima y la zona amortiguadora del páramo del Duende. Además, estos sistemas fotovoltaicos tienen una vida útil superior a los 10 años, lo que garantiza un suministro energético sostenible para los beneficiarios”, comentó Jhon Alexander Aldana Londoño, especialista en desarrollo rural de la CVC.

Con estas acciones, la autoridad ambiental del departamento reafirma su compromiso de llevar soluciones sostenibles a los territorios, en donde el desarrollo social y la conservación ambiental deben avanzar de la mano.

Nueva técnica para obtener nanopartículas mejoraría eficacia de paneles solares

La molienda mecánica destaca por su relativa simplicidad, bajo costo y capacidad para llevarla a escala industrial, lo que la convierte en una opción idónea para fabricar paneles solares fotovoltaicos. Mediante esta técnica, ingenieros caracterizaron nanopartículas (de tamaños imperceptibles al ojo humano) de silicio y óxido de zinc que servirían para mejorar las celdas solares, es decir los dispositivos que convierten la radiación solar en energía eléctrica.

Entre estas técnicas se incluyen la síntesis química, la deposición química de vapor (CVD), la ablación láser y la electroerosión.

Cada una de ellas presenta ventajas y desventajas específicas en términos de control de tamaño, forma, composición y estructura de las nanopartículas producidas. Sin embargo, la molienda mecánica destaca porque es un proceso relativamente sencillo y económico.

Este consiste en reducir el tamaño de las partículas mediante la fricción y colisión entre ellas en un medio de molienda, como bolas o barras, dentro de un recipiente rotatorio. Este método se utiliza para producir materiales finos en diversas industrias, desde la metalurgia hasta la producción de polvos cerámicos.

La estrategia de obtener nanopartículas de silicio y óxido de zinc se les ocurrió al profesor Roberto Andrés Bernal Correa y a la ingeniera física Diana Valentina Herrera Díaz, de la de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales.

El silicio se encuentra en la naturaleza y se emplea en electrónica y en la producción de vidrio. El óxido de zinc, extraído del mineral de zinc, se utiliza en protectores solares y pinturas, por sus propiedades protectoras y farmacéuticas.

“Las celdas solares son fundamentales para generar energía eléctrica a partir de fuentes renovables. Esto implica la necesidad constante de mejorar la eficiencia y reducir costos. En este contexto, el óxido de zinc y el silicio son candidatos prometedores para optimizar la eficiencia energética de las celdas solares”, señala la ingeniera física.

Una molienda eficaz

En esta investigación se empleó un equipo planetario de bolas bajo condiciones específicas de molienda, con una relación 10:1 de masa de bola a polvo y tiempos de molienda variados. Para el silicio se añadió solvente (alcohol isopropílico) antes de la molienda y se dejó secar a temperatura ambiente.

“Para la técnica de molienda mecánica se aplicaron tiempos de molienda de 1, 5, 10, 15 y 20 minutos a 500 revoluciones por minuto (rpm) en el equipo Pulverisette 7 Premium Line. La caracterización de las partículas se hizo mediante difracción de rayos X, espectroscopía Raman y  microscopía electrónica de barrido, con el fin de analizar la cristalinidad, composición química y morfología de los polvos resultantes”, explica la ingeniera.

A través de microscopios se observaron variaciones en el tamaño de las partículas, con la formación de aglomerados de partículas más pequeñas. A medida que aumentó el tiempo de molienda se evidenció una reducción en el tamaño de los aglomerados y una segmentación en las partículas, lo que sugiere una influencia significativa del tiempo de molienda en las características morfológicas de los polvos de óxido de zinc obtenidos.

La técnica de difracción de rayos X reveló que el óxido de zinc conservó su forma cristalina a pesar del proceso de molienda, aunque el tamaño de los cristales disminuyó al aumentar el tiempo de molienda.

Por otro lado, la espectroscopía Raman proporcionó información sobre las vibraciones atómicas dentro del óxido de zinc, y se observó la aparición de algunas impurezas y vacíos en la estructura durante el proceso de molienda, fenómenos naturales que no afectan la obtención de nanopartículas.

Tales hallazgos contribuyen tanto al entendimiento fundamental de estos materiales como a la apertura de nuevas posibilidades para su aplicación en la mejora de la eficiencia energética de las celdas solares, lo que tendría un impacto significativo en la transición hacia fuentes de energía más sostenibles y limpias.

Paneles solares más eficientes gracias a innovadora mezcla de minerales

 Instalar paneles solares en los techos o patios de las casas y edificios se ha convertido en una alternativa sustentable para captar radiación solar y conseguir energía eléctrica. Estos paneles están hechos especialmente de silicio, el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre después del oxígeno. Un estudio de laboratorio determinó que fabricarlos con mezclas de elementos como indio, galio y arsénico mejoraría su eficiencia energética, aumentando su productividad del 30 al 60 %, ya que logran absorber todo el espectro visible de la radiación solar, desde el infrarrojo hasta el ultravioleta.

Los módulos solares se componen de pequeñas celdas o laminillas que actúan como semiconductores, capaces de transformar la luz del sol (energía fotovoltaica) en energía eléctrica. Un solo módulo puede contener más de 60 piezas de estas, más delgadas que un cabello humano. Aunque actualmente se utilizan estas celdas, un estudio de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales, realizado en el Laboratorio de Nanoestructuras Semiconductores del campus La Nubia, propone construir las celdas con mezclas de elementos y una técnica novedosa para sintetizar o unir las capas de cada una.

Por lo general, el proceso de construir paneles solares se hace con cámaras que emplean gases como el nitrógeno, el argón o el helio. Sin embargo, en este caso se utilizó un método diferente llamado “deposición de capas atómicas”, en el que un equipo llamado magnetrón escúter realiza una deposición física de vapor en vez de utilizar gases.

“Es una especie de rayo que choca con lo blanco del material y hace que las partículas del componente se ubiquen una sobre otra generando una especie de capa”, así lo explica Juan Esteban Salgado Salgado, ingeniero físico de la UNAL Sede Manizales, quien con la colaboración de su profesor Álvaro Orlando Pulzara Mora, doctor en Física de la UNAL, enfocó el estudio en el uso de los elementos semiconductores III y V de la tabla periódica.

Las tres mezclas fueron: (i) aluminio, galio y arsénico, (ii) indio, galio y arsénico, y (iii) galio, arsénico y nitrógeno. El galio se encuentra en pequeñas cantidades en algunos minerales de zinc (extraído comúnmente de depósitos de esfalerita) y aluminio; el arsénico se encuentra en minerales como la arsenopirita. La segunda fue la más eficiente. 

“Estos elementos se seleccionaron por su facilidad de ser donantes, es decir que les sobran electrones hasta para compartir, y además son huecos, por lo que cuentan con espacios que permiten el paso de más electrones a través del material y que fluyan a través del semiconductor”, menciona el ingeniero Salgado.

Para lograr esta mixtura, las celdas se acoplaron a una temperatura entre 300 y 500 °C durante 3 horas mínimo y 8 máximo, con medidas de 5 mm x 5mm y un espesor inferior a 1 mm. El ancho de banda del silicio es de 1 electronvolt (eV), mientras con las mezclas indio y nitrógeno: 0,7 eV; galeno y nitrógeno 3,4 eV.

Estas celdas reforzadas son sumamente eficaces porque logran absorber todo el espectro visible de la radiación solar desde el infrarrojo hasta el ultravioleta, a diferencia de las fabricadas solo con silicio. Además, a las capas exteriores se les agregaron átomos de silicio y manganeso, un método físico conocido como “dopaje” que se utiliza para mejorar la conductividad eléctrica.

Al proceso se le conoce como “monounión”, es decir una sola celda compuesta de diferentes capas; si se quisiera hacer más gruesa o aumentar más su eficiencia, se conoce como “modelo tándem”.

La evaluación de las celdas se hizo con el apoyo del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional en México (Cinvestav), en el que se utilizaron especialmente dos técnicas de medición: microscopia electrónica de barrido SEM y espectroscopia de rayos X de energía dispersiva EDS. La primera arroja una imagen de los componentes de cada una de las capas y la superficie de la celda y la segunda determina que realmente está compuesta por esos elementos añadidos con el rebote de los electrones.

También se usó la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS), que se enfoca en la superficie de la muestra, ya que la idea es que absorba la mayor cantidad de fotones posibles. A diferencia de las otras dos técnicas de medición, esta no dice exactamente qué tipo de elemento químico hay, sino en qué enlace se encuentra (uniones entre elementos).

“Este aporte permitirá mejorar la productividad en paneles solares, con películas delgadas y más flexibles, con una alta eficiencia para competir en el mercado, en el que el aporte investigativo logra cumplir con la propuesta del trabajo que era identificar, crear y generar una descripción morfológica superficial y química de la celda, poder medir su eficiencia”, concluye el ingeniero Salgado.