Acople de paneles solares con baterías ácido-plomo para aumentar la autosuficiencia eléctrica casera

Actualmente, en Bélgica, los sistemas fotovoltaicos, acoplados con las baterías de plomo-ácido no garantizan la autosuficiencia eléctrica de una residencia a un costo razonable. Esta es la conclusión sumaria del estudio de dos investigadores de ULB: sus simulaciones revelan que la tasa máxima de autosuficiencia de los paneles solares sólo sería alrededor del 40%, mientras que la adición de las baterías de plomo-ácido complementarias resultaría en un aumento considerable de la precios de la energía.

Hoy en día, el uso de paneles solares y de almacenamiento de energía en los hogares es un tema muy discutido. A medida que los países empujan por las energías renovables y las nuevas tecnologías tales como paneles solares o los coches eléctricos se vuelven cada vez más accesibles, parece como si la casa del futuro está dispuesta para ser autosuficiente, independiente de la red eléctrica, alimentando las necesidades de sus habitantes con la energía ecológica del sol.

En la Universidad Libre de Bruselas, Facultad de Ciencias, Mecánica Aerotérmica, los investigadores dirigidos por Guilherme Silva y Patrick Hendrick se han centrado en la problemática de la autosuficiencia energética casera desde hace mucho tiempo y han alcanzado resultados interesantes, recientemente publicados en la revista Applied Energy bajo el título "Baterías ácido-plomo acopladas con energía fotovoltaica para una mayor autosuficiencia eléctrica en los hogares" “Lead-acid batteries coupled with photovoltaics for increased electricity self-sufficiency in households”). 

Ellos comenzaron procesando los datos actualizados belgas del Instituto Meteorológico Real, proveedores de energía y los instaladores y luego corrieron estos números a través de sus modelos de simulación. La conclusión es que la autosuficiencia energética en los hogares con paneles solares y baterías pueden venir con una etiqueta de precio más caro y que pueden ser mejores soluciones por ahí para ser ecológica..

El problema comienza con la mala sincronización del consumo de energía y la energía solar: mientras que el sol brilla a su máximo alrededor del mediodía, la mayoría de los hogares consumen mas en la mañana y en la noche. A esto se añade el hecho de que en muchos países la mayor parte de la energía solar está disponible en los meses de verano y en los tiempos oscuros estamos sin ella. No importa cuántos paneles solares se añadan arriba, el máximo nivel posible de autosuficiencia será de alrededor de 40%. La buena noticia es que el 40% de autosuficiencia se puede conseguir a precios cercanos a los de la red, dado el reciente fuerte reducción en el costo de los paneles solares y su larga duración. Para ir más allá de un 40% de autosuficiencia, el almacenamiento de energía parece la respuesta natural. Los investigadores acoplaron los paneles solares con baterías de plomo-ácido y los resultados son sorprendentes: de repente, la energía consumida se vuelve realmente cara. Tratando de llegar a una autosuficiencia del 60% puede fácilmente costar dos veces más que el uso de la red. Y corta vida de las baterías y el alto precio no son los únicos culpables: los costes de instalación y los equipos eléctricos necesarios adicionales también juegan un papel importante.

La falta de una política energética de largo plazo mantiene cautelosos a los propietarios e instaladores, con miedo a invertir y asumir todos los riesgos, un problema que recientemente otorgó a Bélgica una amonestación pública de la Agencia Internacional de la Energía. Los investigadores también observaron el impacto en la red de energía, de los paneles solares y el almacenamiento de energía en casa y los resultados parecen sombríos.

Las casas equipadas con tales sistemas ponen un mayor esfuerzo en la red eléctrica. Además, las centrales eléctricas necesitarán ser capaces de responder a las variaciones mas rápidas de la demanda. Todo esto tendrá un impacto en los precios de la red eléctrica, un campo donde la investigación todavía es insuficiente.

Afortunadamente, no todo está perdido. En el documento se señala que un enfoque híbrido se debe considerar para un uso de la energía sostenible.

El uso de varias fuentes de energía ayuda a equilibrar las desventajas de cada uno. El consumo también se puede adaptar a través de dispositivos inteligentes que puedan ajustarse a las condiciones disponibles, conforme pueda trabajar el sistema de almacenamiento energético en una forma más inteligente. Las recientes tecnologías de almacenamiento de energía, tales como las baterías de ión-litio, continúan disfrutando de fuertes reducciones de precios, mientras que la participación de vehículos eléctricos sigue aumentando. El campo está evolucionando rápidamente y la investigación continúa, pero, mientras tanto, no hay una bala mágica, la mejor opción es mantener algunos paneles solares y seguir jugando junto con la red.

Información bibliográfica completa Guilherme de Oliveira e Silva, Patrick Hendrick. Lead-acid batteries coupled with photovoltaics for increased electricity self-sufficiency in households. Applied energy 178: 856-867 (2016)

Libre de Bruxelles, Université
http://ulb.ac.be

12 de septiembre de 2016 

Desde un embalaje flexible posconsumidor hasta un producto de consumo durable - Parte 2

El Reciclaje del Embalaje Flexible
En realidad, la línea de reciclaje de bolsas flexibles es nada especial y se construye utilizando técnicas conocidas y tecnologías existentes, tomadas de otras industrias y con algunas modificaciones de ingeniería y adiciones hechas para adecuarla a nuestro propósito.

Como se ha dicho, los objetos que se reciclan son bolsas flexibles postconsumo. La palabra clave es postconsumo. En otras palabras, las bolsas a ser recicladas tienen un cierto grado de contaminación por residuos de productos, es decir, alimentos procesados ​​(salsa de tomate, mayonesa, etc), cosméticos y detergentes (champú y otros). Tenemos que contar con la posibilidad de que cualquier residuo de producto pudiera estar involucrado en el proceso.

Dado que la mayoría del embalaje flexible representa mecanismos de dosificación, cremalleras (zippers), surtidores de bebida o tapas roscadas, un proceso forzoso de lavado en un hidrociclón no es una solución, ya que también se tiene en cuenta que, debido a los residuos pegajosos incluso las bolsas sin ningún tipo de dispositivos no se abren fácilmente.

La única solución es cortar, antes del ciclo de lavado, el material en las tiras estrechas que necesitamos para nuestro proceso de reciclaje. Con el fin de evitar la contaminación excesiva de la trituradora hemos proyectado boquillas especiales de agua a alta presión en la trituradora, y utilizar un transportador de tornillo con un flujo forzado de agua hacia abajo mientras se transportan las tiras . El tornillo trae las tiras en una cinta tejida de desaguado, donde con aire caliente se seca el material, después de lo cual caen en un tanque de almacenamiento.

El agua de proceso contaminada de la trituradora con las partículas de residuos sólidos se bombea a un tanque de sedimentación en parte a ser reciclado y traído de nuevo en la línea de lavado y en parte ser transportado al digestor de biogás.

El material de embalaje flexible triturado y lavado en tiras estrechas (una mezcla de diversos plásticos, aluminio y película metalizada) es la materia prima para el segundo paso de este proceso de reciclaje, que es la fabricación de las láminas, placas o losas como productos intermedios para los planificados bienes de consumo duraderos finales.

Con el fin de lograr este resultado, es necesario que las tiras se tengan en un estado entre sólido y líquido. No se permite a las tiras de plástico fundirse, pero deberían estar suaves, no pegajosas, ser capaces de fusionarse entre sí y con el aluminio en un cuerpo homogéneo, utilizando calor y presión. Para este fin, el tanque de almacenamiento se calienta y esta equipado con un brazo mezclador que gira lentamente, lo que asegura una mezcla consistente. Además, se añade un aditivo.

El aditivo, sobre el que no voy a divulgar más detalles, se trata de un producto de desecho orgánico de un determinado proceso de fabricación, que, después del lavado y la trituración se mezcla en una cierta relación con las tiras. El aditivo da un impulso al producto final, que será más difícil, más homogéneo, elástico y más fuerte.

Desde el tanque de almacenamiento de esta mezcla se deposita en una cinta transportadora a través de una unidad de dosificación vibratoria en un capa continua y uniforme de 5 a 50 cm de espesor . El espesor de la capa depende de la aplicación del producto final. La cinta transportadora es una parte integral de la prensa caliente.

Esta tecnología la hemos tomado de la industria del caucho, donde se mezclan neumáticos triturados con un pegamento de uretano, produciendo almohadillas de caucho para establos y camas de camiones. Tenga en cuenta, que no utiliza pegamento, sólo calor y presión.

La prensa, que hemos proyectado es una denominada "prensa faja de alimentación". El material se deposita sobre la cinta de malla de alambre que se mueve hacia la prensa. Un agitador y una pantalla de nivelación nivela la estera y cada vez que la faja se llena con material suelto, la prensa se cierra y funde el material. La estera terminada se desliza sobre una mesa de enfriamiento para ser cortado en paneles grandes conforme el siguiente lote se jala hacia la prensa, la superposición en los extremos permite una película compuesta de espesor continuo.

Las pruebas mostraron que necesitamos una presión de hasta 200 psi, que a una temperatura de 350 °F (175 °C) saca en un golpe de prensa de 6 minutos, una sección de la película de material compuesto de 12 pies (3,65 m) con un ancho de 6 pies (1,80 m).

Esta línea de reciclaje ha producido ya dos productos distintos:
1. Película de material compuesto de Plástico /aluminio en un espesor de 5 a 50 mm
2. Aguas de desecho contaminadas con residuos de productos sólidos (alimentos, residuos de cosméticos, etc)

Debería quedar claro, que aparte de la película de material compuesto formado se puede fabricar una gran variedad de productos. Para este fin, la película compuesta continua se corta en grandes secciones (4' o 1,20 m), que se alimentan sucesivamente una a la vez en una prensa en frío. En este prensado en frío el material todavía caliente consigue su forma y dimensiones finales. Aquí se presionan en el material, la corrugación, cavidades, canales y la incrustación necesarios.

Después del prensado en frío, una cinta transportadora lleva el panel preparado para el montaje manual y la línea de acabado.

La gama de productos que pueden ser fabricados van desde los más simples a los elementos más complicados y de más alto valor . En varias corridas de producción en Brasil, hemos fabricado paneles corrugados para techos.

En comparación con los paneles de techo existentes (asbesto, aluminio, acero galvanizado o concreto), los paneles fabricados a partir de material reciclado de película tiene mucho mejores características, como peso mas ligero, buen aislamiento, resistencia mecánica y química, son irrompibles y tienen un bajo nivel de ruido. Aunque básicamente un elemento de menor valor, los paneles corrugados de techo son muy populares en los países de bajos ingresos donde ellos son usados en los proyectos de vivienda, mientras que en los países industrializados, los paneles reciclados corrugados de techo, serán muy populares en la industria de la agricultura, en particular para galpones avícolas y otros establos y graneros de animales, debido a su excelente aislamiento térmico.

Hablando del sector de la agricultura hay otro elemento de interés, el cual puede ser fabricado a partir de la película compuesta. Es paneles solares de bajo costo, que pueden ser fácilmente montados en la parte superior de los paneles corrugados de techo arriba mencionados. Este es un elemento importante ya que las granjas que crían cerdos, aves de corral, así como de ganado utilizan una gran cantidad de energía para la ventilación, la calefacción / refrigeración, y todo el equipo auxiliar.

En este caso, después del prensado en frío en el que la película de material compuesto se presiona en su forma correcta como el panel solar, una cinta transportadora lleva el panel solar recién prensado a la línea de montaje manual, donde la película fina solar es pegada dentro de la incrustación y los cables y conectores son instalados.

Para completar la sostenibilidad de este centro de reciclaje, nostros proyectamos que el agua de proceso con el residuo de producto sólido sea bombeado a un tanque de sedimentación para su posterior procesamiento en la planta de biogás y parcialmente tratada y reciclada como agua de proceso (ciclo cerrado).

Digestor de biogás de pequeña escala
El agua de proceso con el residuo de producto sólido se bombea al tanque de sedimentación, y de allí a un Optiflot, en el cual el agua contaminada se reduce y las partículas separables flotan hacia la superficie. Las partículas flotantes se eliminan automática y continuamente por un mecanismo rascador. Un paquete de placas de láminas está instalado para aumentar el área de separación de la unidad y asegurar que incluso los flóculos más pequeños se retiran de las aguas residuales.

Optiflot, en el que el agua contaminada se reduce y las partículas separables flotarán hacia la superficie

Con un proceso de fermentación de 30 días, los sólidos recolectados se bombean hacia el bio-digestor una vez al mes. El agua de proceso contaminada pasa a través de una serie de tanques de almacenamiento de reciclaje y después de pulir el agua de proceso es re-presurizada para la descarga en el proceso de lavado de las líneas de reciclaje.

Los sólidos se someten a una digestión anaeróbica ampliamente utilizado como fuente de energía renovable. El proceso produce un biogás, que consiste en metano y dióxido de carbono. Este biogás puede ser utilizado en motores de gas combinado de calor y energia (CHP) o mejorado a bio-metano de calidad de gas natural, . El digerido rico en nutrientes que también se produce se puede utilizar como un fertilizante (biológico).

Además de los productos elaborados a partir de película compuesta, este proceso de reciclaje también nos suministra a través del digestor de biogás: fertilizante líquido, fertilizante seco y el gas natural que está destinado a ser utilizado para el calentamiento del proceso de secado, así como en la prensa de cinta de alimentación.

La siguiente parte de esta serie se describirá el talón de Aquiles de cualquier proceso de reciclaje, es decir, la recolección de los necesarios envases flexibles postconsumo.

Anton Steeman - Best in Packaging
08 Agosto 2013

Dow Chemical inicia la produccion de pelicula encapsulante de poliolefina ENLIGHT™ en Tailandia

Dow Chemical ha iniciado la producción de películas encapsulantes de poliolefina ENLIGHT en Map Ta Phut, Tailandia para aplicaciones de paneles solares fotovoltaicos.

La avanzada planta de producción de Map Ta Phut permite a Dow Chemical aumentar inmediatamente su capacidad de producción en todo el mundo al doble. La compañía también está construyendo una tercera planta de producción para esta película encapsulante de poliolefina en un sitio en Schkopau, Alemania. También opera una planta de fabricación en Findlay, Ohio.

Las películas encapsulantes a base de poliolefinas de Dow Chemical entregan a los fabricantes de paneles ventajas únicas sobre otros materiales. Las películas Enlight prolongan la vida útil de los módulos, ya que tienen resistencia a la humedad mejorada y mejores propiedades eléctricas. La investigación de la compañía demuestra que las películas Enlight ayudan a los paneles solares fotovoltaicos a retener la eficiencia cuando se evaluaron en condiciones de calor húmedo por más de 10,000 h. Los paneles hechos de película ENLIGHT también demostraron una mejora considerable en la resistencia PID, gracias a notables propiedades de aislamiento eléctrico de la película.

Las películas Enlight ayudan a los fabricantes de panel a lograr una reducción del 30% en los tiempos de ciclo de laminación, lo que mejora la capacidad y el rendimiento. Dado que estas películas no generar corrosión causada por ácido acético, ellas permiten a los fabricantes de paneles disminuir el daño a los módulos y equipos. De acuerdo a los resultados basados ​​en pruebas realizadas por TÜV Rheinland, los paneles solares hechos de estas películas cumplen todas las especificaciones industriales (IEC 61215).

Dow Chemical ofrece varias calidades comerciales de películas encapsulantes Enlight para permitir a los clientes diseñar las formulaciones en base a sus necesidades específicas. Además de ofrecer películas encapsulantes Enlight, la compañía también produce adhesivos de laminación MOR-FREE libres de solventes y adhesivos a base de solventes Adcote para fluidos de transferencia de calor de poliglicol, materiales electrónicos para la producción de células fotoeléctricas, productos de lámina de respaldo, y tejas solares Dow Powerhouse para uso en aplicaciones residenciales .

SpecialChem 

06 Agosto 2012

Alas de mariposa, el panel solar perfecto

La superfice de las alas de las mariposas es un
entramado de piezas, como un tejado 

La tecnología espacial y el diseño industrial todavía intentan comprender la complejidad de las alas de una mariposa. Detrás de ellas existe un entramado de rectángulos, como tejas sobrepuestas, que duplican la capacidad de atrapar la energía solar con respecto a los paneles convencionales.

Para muchos investigadores, en su fragilidad y en su belleza se esconde una de las claves del aprovechamiento de la energía solar para el planeta.


En ese sentido, científicos de China y Estados Unidos desarrollan sendos proyectos para aprovechar su diseño en el desarrollo de la tecnología solar.


Tongxiang Fan, de la Universidad de Jiao Tong de Shanghai en China, acaba de presentar un prototipo en la American Chemical Society de San Diego (EE.UU.) que resume años de observación de dos especies de mariposas negras, las que absorben la mayor cantidad de luz solar.


En sus observaciones microscópicas encontraron que las alas están compuestas de diferentes capas de escamas con pequeños orificios entre ellas. Cada capa permite conservar una parte del calor como compuertas que se van cerrando.


El prototipo, que reproduce la estructura con células solares, se utilizó para sintetizar la energía solar y el resultado fue sorprendente: el catalizador inspirado en las mariposas producía energía al doble de velocidad que un catalizador tradicional.


Además, comentó el experto en su presentación, el proceso de fabricación es más sencillo y rápido que otros métodos.


"La capacidad de recolección de luz es muy importante para el rendimiento de los dispositivos de energía solar. Lo que buscamos es que en un futuro cercano se aproveche al 100% la energía del sol y por ello investigamos uno de los mejores colectores de energía de la naturaleza, las mariposas", detalló Fan.


Nanoestructuras de cristal
El misterio de las alas de la mariposa no termina en su forma. Investigadores de la Universidad de Yale descubrieron que en la punta de las escamas existen unas nanoestructuras de cristal, llamadas gyroids, que influyen en su color y que esparcen la luz de forma selectiva.


El giroid está hecho de quitina, el resistente material que forma el exterior de los insectos y algunos crustáceos.


Richar Prum, director de la investigación, explicó en la revista Bioinspiration & Biomimetics cómo los cristales son fundamentales para que la superficie de las alas de las mariposas tomen la forma de una tupida red de bumeranes.

Los girods son nanoesctructuras de cristal que
ayudan la absorción de luz en las mariposas. 

Cada escama o teja del ala produce un giroid. Cuando la escama se regenera, el cristal se queda en su lugar hasta que crece otra escama con un nuevo giroid.

Con los resultados de la investigación se espera crear paneles solares que mejoren su eficiencia.


Un equipo de investigadores de las Universidades de Pensilvania (EE.UU.) y Autónoma de Madrid, que desarrolla un programa para reproducir estructuras biológicas, ya ha conseguido construir difusores ópticos para paneles solares inspirados en las alas de las mariposas.


"Las mariposas no sólo son hermosas, son muy buenas difusoras de la luz y permiten aprovechar al máximo la absorción de energía solar", detalló Martín Palma, uno de los responsables del estudio.

BBC Mundo

10 de abril de 2012