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.

Explosiones solares que impactaron la Tierra cambiaron momentáneamente el fondo oceánico

 El pasado 11 de mayo una red de sensores submarinos para monitorear el medioambiente marino en las costas de Canadá detectó repentinos cambios en el campo magnético terrestre, los cuales estarían relacionados con una intensa tormenta geomagnética que en 2013 azotó la Tierra por estas mismas fechas. Experto de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) explica las implicaciones de este fenómeno.

Las tormentas solares, conocidas por emitir una gran cantidad de partículas cargadas de energía, ocurren en ciclos de actividad de unos 11 años. Actualmente estamos entrando en un periodo de máxima actividad solar, similar al que se vivió en 2013. Durante estos ciclos, el Sol experimenta explosiones y erupciones que liberan enormes cantidades de energía, las cuales pueden impactar directamente en la Tierra.

El 11 de mayo, Ocean Networks Canada registró una notable variación en el campo magnético en una de sus estaciones submarinas cerca de la costa de Vancouver. Con unos dispositivos conocidos como “magnetómetros de 3 ejes” observaron desviaciones significativas, equivalentes a un cambio de 30 grados en una “brújula”. Los cambios fueron especialmente evidentes a 25 m de profundidad.

“Dichas variaciones coinciden con un periodo de intensa actividad geomagnética y de auroras, las cuales son manifestaciones visibles de las interacciones entre las partículas solares y la atmósfera terrestre”, explica el físico Camilo BuitragoCasas, magíster en Astronomía de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), miembro del Laboratorio de Ciencias Espaciales (SSL) de Berkeley California.

“Debido a la complejidad e intensidad de los campos magnéticos, las líneas de campo magnético a veces se retuercen, se tensan y finalmente se rompen en un proceso de reconfiguración”, agrega.

En otras palabras: durante dichos eventos, la magnetosfera –capa exterior de la Tierra– se ve bombardeada y reconfigurada, por lo que libera energía y acelera partículas cargadas como los electrones, protones y átomos ionizados, que son energizados a unos 6.000 km de altura de la Tierra. Estas nubes masivas de partículas cargadas se precipitan en dirección de las capas más profundas de la atmósfera terrestre, y subsecuentemente impactan las moléculas y átomos que la componen.

Las tormentas geomagnéticas, aunque impactan los campos magnéticos, también tienen el potencial de causar daños a la tecnología moderna, como satélites y redes eléctricas. Ejemplos históricos incluyen el apagón en Quebec (Canadá) en 1989, causado por una sobrecarga de transformadores debido a una tormenta solar.

Sin embargo, gracias a los avances en la vigilancia y predicción del clima espacial, muchos riesgos se han mitigado a través de monitoreos constantes sobre la actividad solar para emitir alertas y permitir que se tomen medidas preventivas.

El experto puntualiza que “la buena noticia es que no vimos fallas tecnológicas catastróficas por la última tormenta en mayo, que fue una de las más fuertes en más de 20 años”.

“Esto muestra la importancia de los sistemas de monitoreo del clima espacial existentes para dar una advertencia anticipada. Con modelos predictivos mejor informados por todas las fuentes de datos disponibles, incluyendo estas lecturas de magnetómetros en el lecho marino, podemos estar mejor preparados para futuras tormentas”.

Efectos bajo tierra y mar

Aunque las auroras boreales y australes son la consecuencia más visible de una tormenta geomagnética, las perturbaciones magnéticas significativas también pueden inducir corrientes eléctricas en materiales conductores como el suelo, los océanos o las líneas eléctricas. Es probable que el evento haya causado el gran cambio magnético detectado por el observatorio submarino canadiense.

“El océano es un conductor eléctrico, por lo que puede transmitir las corrientes inducidas de manera muy eficiente a largas distancias. Estas corrientes eléctricas luego crean campos magnéticos acompañantes que distorsionan temporalmente las lecturas locales registradas por los magnetómetros en el lecho marino”, concluye el físico de la UNAL.

 

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.

¿Vida en Marte? El vapor de agua y su relación con los ciclos solares tendría la respuesta

 Un estudio sobre cómo las variaciones en el ciclo solar (11 años) habrían alterado la atmósfera y la producción de vapor de agua en Marte concluyó que, a diferentes altitudes, se dan cambios en la producción de dichas partículas. El aporte ayudaría a entender la posibilidad de que haya vida en ese planeta, tener misiones espaciales con menos riesgos, además de un buen funcionamiento de los satélites alrededor de la Tierra.

¿Por qué es importante saber el comportamiento del vapor de agua? porque este es un indicio crucial sobre la posible existencia de vida en Marte, ya que el vapor tuvo que venir de agua líquida bajo la superficie, o en forma de hielo, y determinar su disponibilidad existente tendría implicaciones en futuras misiones de exploración, y por qué no, en una posible colonización humana.

Aquí es donde aparece el Sol, pues se ha evidenciado que cuando la estrella está aproximadamente en el quinto año de su ciclo, la radiación que emite es mucho más intensa, y en la Tierra se relacionaría e incidiría con fenómenos climáticos como El Niño y La Niña, la cantidad de ozono en la estratosfera, la densidad atmosférica y la trayectoria de objetos espaciales y satélites.

Según la Oficina de Naciones Unidas para Asuntos del Espacio Exterior, 4.921 satélites están orbitando la Tierra, pero no todos están activos, ya que cerca de 2.600 no funcionan. Además, las misiones espaciales se ven afectadas según el estado del ciclo solar.

Aunque el efecto del Sol sobre nuestro planeta ha sido un tema muy estudiado, aún hay muchas preguntas, en especial sobre otros planetas como Marte y su relación causal entre los ciclos solares y los cambios en partículas como dióxido de carbono, nitrógeno, argón, oxígeno molecular y vapor de agua, principales componentes de su atmósfera.

Por eso el investigador Johan Nicolás Molina, magíster en Astronomía de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), determinó hasta qué punto había cambios en la concentración del vapor de agua causados por la actividad solar a lo largo de su ciclo.

¿Si estando a 150 millones de kilómetros el Sol tiene incidencia en la Tierra y determina su clima, por qué no pensar que en el planeta rojo también podría incidir, ya que está a unos 228 millones de kilómetros?

El estudio

Para la investigación se recopilaron miles de datos provenientes de bases de libre acceso entre 2004 y 2018. Para ello se empleó el Spicam, un espectrómetro instalado en la sonda Mars Express, que desde 2004 está tomando datos en Marte y con cuyos sensores se ha recogido información sobre la atmósfera y la superficie marciana, y además se revisó información del orbitador Viking 1, que tomó datos en 1975.

Para ello se usó el lenguaje de programación Python, con el que se analizaron y determinaron patrones que dieran cuenta de los cambios tanto en el vapor de agua como en las demás especies químicas. Este fue uno de los mayores retos del proyecto –tomó 9 meses– y consistió en desencriptar registros de lo que ocurría en la atmósfera, y fue complejo ya que estos son muy viejos y tienen un código difícil de entender; sin embargo, gracias al arduo trabajo del magíster Molina se pudieron utilizar.

Se identificó que la concentración de vapor de agua en diferentes altitudes de la atmósfera de Marte y en el índice Penticton –que mide el flujo solar– había una relación en cambios que iban en 4 órdenes de magnitud con un promedio de 7.000 millones de partículas por centímetro cúbico, una cifra que parece de un valor variable muy grande (4 órdenes de magnitud) y que manifiesta la incidencia del Sol sobre la atmósfera marciana desde el mínimo hasta el momento más álgido del ciclo solar.

Además se implementó la metodología periodograma de Lomb Scargle, novedosa en este campo, la cual consiste en una simulación computacional del clima de Marte en la plataforma NRLMSISE-00, creada por la Oficina Nacional de Administración Oceánica y Atmosférica de Estados Unidos.

Los resultados sugieren que a altitudes entre 50 y 60 km de la superficie de Marte la variación en la concentración del vapor de agua está alineada con la variación de la actividad solar, asociada con su ciclo periódico de 11 años.

Según el investigador Molina, “el Sol, sus manchas y la energía que liberan se han estudiado desde la época de Galileo Galilei, pero aún hay muchos parámetros para determinar sus cambios y el impacto en el sistema solar, en este caso en Marte”.

“Este resultado es importante porque es un aporte a la caracterización de la atmósfera de Marte y una guía para las agencias espaciales para saber en qué momento deben lanzar una misión, teniendo en cuenta las condiciones y reducir fallos tanto en la ejecución como en el impacto a los satélites”, indica el magíster, cuyos directores de investigación fueron los profesores Santiago Vargas, del Observatorio Astronómico Nacional, de la UNAL, y Jorge Zuluaga, de la Universidad de Antioquia.

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.