En el grupo de Materiales Solares del Instituto de Energías Renovables (IER) de la UNAM, con sede en Temixco, Morelos, se desarrolló un novedoso instrumento para medir la curva corriente y voltaje, útil para celdas solares y de combustible experimentales, de bajo costo y portátil.
Se trata de un subproducto del trabajo doctoral de Jorgeli Riquelme Arizmendi, bajo la tutoría de Joseph Sebastian Pathiyamattom, quienes mencionaron que otra de las ventajas de este aparato es que, además de esos parámetros, arroja otros, como potencia, temperatura e irradiancia, es decir, la energía de la radiación solar que se recibe en una superficie determinada en un instante.
Los científicos aclararon que este tipo de instrumentos, denominados trazadores I-V, ya existen en el mercado; no obstante, se trata de sistemas independientes, para usarse por separado en cada tipo de tecnología: celdas solares o de combustible. Por ello, la innovación de los universitarios, que permite caracterizar a ambas con un sólo equipo, está en proceso de patente.
Impulso a la investigación
En el IER se desarrollan tanto celdas fotovoltaicas como de combustible experimentales en la búsqueda de mejorar su eficiencia; los diferentes laboratorios necesitan instrumentos, como los trazadores I-V, para estudiarlas, pero son costosos y no existe la posibilidad de que cada grupo de investigación o laboratorio cuente con uno. Los estudiantes deben programar y esperar su turno para medir sus muestras, lo que ocasiona retrasos en el avance de la tecnología.
“Este proyecto surge de la necesidad de contar con equipo en los diferentes laboratorios del Instituto a fin de medir corriente y voltaje en las celdas, pero de bajo costo, fácil de usar y que pueda trasladarse de un lado a otro sin problemas, porque los alumnos o investigadores lo requieren en el laboratorio y, en ocasiones, en campo”.
El Trazador I-V para celdas fotovoltaicas y de combustible experimentales cuenta con dos partes: una es un sistema electrónico con interfaz USB a la computadora (hardware), y la otra en un software desarrollado específicamente para las mediciones y la obtención de las curvas o gráficas de eficiencia características de estos dispositivos.
Funciona a partir de dos sondas que miden, respectivamente, el voltaje y la corriente en cada celda, variando de manera automatizada la resistencia en sus terminales; además, cuenta con sensores para determinar la temperatura e irradiancia o potencia luminosa que las celdas solares convierten en energía eléctrica.
A partir de la potencia de entrada y la de salida obtenidas, se especifica la eficiencia de conversión de la celda. “Lo que hemos hecho es simplificar el proceso de medición, porque muchas veces los científicos no tienen formación en computación o electrónica; gracias a nuestro dispositivo, con sólo dar unos clics en el programa de control, uno para iniciar la medición y otro para salir, adquieren la información que necesitan”.
Esta parte del proyecto, el hardware, es la que se pretende patentar, explicó Jorgeli Riquelme. Otra de sus ventajas es que es escalable, porque el mismo principio se puede aplicar para realizar mediciones desde decenas de miliwatts (en celdas de combustible experimentales) y hasta mil watts de potencia (en solares convencionales), y aplicable en todo tipo de celdas, como las de concentrador con espejos, concentrador con lente o la de combustible (a base de hidrógeno y oxígeno).
La parte operativa funciona por completo, por lo que ahora sólo se pretende trabajar en la parte de la presentación física; “le queremos dar un buen aspecto”, dijo el joven científico.
Una vez ejecutado el software, el equipo se conecta vía USB a la computadora y se obtienen gráficamente los parámetros mencionados: voltaje, corriente, potencia, temperatura e irradiancia.
Es posible ver, por ejemplo, cómo sube el voltaje o cómo se comporta la potencia en el transcurso de la medición, y en puntos rojos se señala el comportamiento eléctrico de la celda, “la famosa curva I-V (corriente-voltaje), y en negro la curva P-V (potencia-voltaje), que nos interesa”.
Con esos resultados, los científicos pueden determinar si su desarrollo tiene la eficiencia esperada, si el proyecto avanza como se esperaba, y en el caso de celdas de combustible, si la mezcla de los componentes o el ensamble han sido realizados de manera adecuada o si es necesario crear nuevos.
Una vez que se hace el corrimiento del experimento y se visualizan gráficamente los resultados, los datos quedan almacenados en la computadora en un formato estándar (.CSV); de modo que si el investigador quiere hacer estudios adicionales, “los tiene a la mano”.
Riquelme Arizmendi expuso que este dispositivo es muy económico comparado con los comerciales. El ahorro podría ser de hasta 60 u 80 por ciento.
Una vez que se obtenga la patente respectiva, se verá la posibilidad de la transferencia de tecnología para atender la demanda de los potenciales usuarios, que pueden ser instituciones, académicos o estudiantes.
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