Més capacitat per generar energia elèctrica PV.

S'està treballant per maximitzar l'eficiència dels panells solars gràcies a la superposició de materials avançats sobre el silici tradicional, sembla ser un prometedor camí per obtenir més energia de la llum solar. 

Un nou estudi demostra que, mitjançant un procés de fabricació controlat amb precisió, que és possible fabricar panells solars multicapa amb el potencial de ser 1,5 vegades més eficients que els panells de silici tradicionals.

Els panells solars de silici són freqüents perquè són assequibles i poden convertir una mica més del 20% de la llum del sol en electricitat útil, no obstant això, igual que els xips d'ordinador de silici , les cèl·lules solars de silici arriben al límit de les seves capacitats, de manera que trobar una manera d'augmentar l'eficiència és un atractiu per als proveïdors d'energia i pels consumidors.

Per això, s'ha estat treballant per posar al material semiconductor fosfur d’arseniur de gal·li sobre silici perquè els dos materials es complementen. Tots dos materials absorbeixen fortament la llum visible, però el fosfur d’arsenur de gal·li ho fa alhora que genera menys calor residual. En canvi, el silici te més pot onvertir l'energia de la part de l'espectre solar infraroig.

Les cel·les tàndem solars, funcionen en equip i aprofiten les millors propietats d'ambdós materials per fer possible fabricar un sol dispositiu més eficient.

Tot i que el fòsfor de arseniur de gal i altres materials semiconductors com aquest són eficients i estables, són cars, de manera que fabricar panells compostos completament d’ells no és raonable per a la producció en massa en aquest moment. Per tant, s'utilitza el silici de baix cost com a punt base.

Durant la fabricació, els defectes del material es troben a les capes, particularment a les interfícies entre el silici i el fosfur d’arseniur de gal·li. Es produeixen petites imperfeccions, cada vegada que els materials amb diferent estructura atòmica es recobreixen sobre silici, comprometent tant el rendiment com la fiabilitat.

Sempre quina base cal canviar entre un material a un altre', en aquest sentit, sempre hi ha el risc de crear algun trastorn en la transició. Per això s'ha desenvolupat un procés per formar interfícies verges a la cel·la de fosfur d'arseniur de gal·li, que va portar una gran millora respecte als anteriors treballs en aquesta àrea.

Finalment, una empresa de generació elèctrica, podria utilitzar aquesta tecnologia per obtenir 1,5 vegades més energia amb una mateixa superfície de les  finques solars, o un consumidor podria utilitzar 1,5 vegades menys espai per als panells del terrat.

Tot i que encara hi ha obstacles en el camí cap a la comercialització, s'espera que els proveïdors d'energia i els consumidors vegin el valor d'utilitzar materials estables per aconseguir un augment del rendiment.

Font: Universitat d’Illinois

Els nous materials, ajudaran a assolir les emissions zero de CO2.

Nova generació d'electrònica ultra-eficient per ajudar a aconseguir emissions zero de carboni pel 2050.

El creixement de les tecnologies digitals, els telèfons intel·ligents, les xarxes intel·ligents, els vehicles elèctrics i les energies renovables,  donaran lloc a un espectacular augment dels dispositius electrònics. S’ha estimat que hi haurà gairebé 30.000 milions de dispositius connectats en xarxa en un termini de tres anys.

Aquests dispositius digitals tenen un cost de carboni, no només pels materials que s’utilitzen per fabricar-los, sinó també per l’energia necessària per alimentar-los. La solució és desenvolupar dispositius electrònics que siguin ultra eficients i que utilitzin nivells de potència molt baixos. L'objectiu net-zero impulsarà el canvi en el sector electrònic. Per això, ja s'està treballant amb socis industrials per desenvolupar investigacions col·laboratives que permetran adoptar noves idees, tecnologies i fer nou enfocaments més ràpidament.

Disposar de polítiques que estableixin objectius de consum d'energia i donin suport a l'economia circular a través de consideracions al final de la vida també serà un factor crític a l'hora d'establir un entorn perquè un país  adopti una posició de lideratge en el desenvolupament de l'electrònica de baixes pèrdues.

El paper que una empresa juga en el desenvolupament d’electrònica més ecològic, forma part d’una estratègia més àmplia adoptada per les principals organitzacions de recerca de materials orientades en reduir la dependència del carboni.

Els científics responen al repte zero-net

Per exemple, al Maig del 2019, el govern del Regne Unit va anunciar el seu compromís d’assolir el zero net el 2050.  Com a resposta, l’Institut Henry Royce, una associació de nou institucions líders implicades en la investigació de materials avançats, juntament amb l’Institut de Física i l’Institut de Fabricació de la Universitat de Cambridge van convocar una sèrie de reunions per identificar formes acadèmiques i explorar com els investigadors de la indústria podrien ajudar a oferir tecnologia verda assequible i fiable.

El resultat d'aquesta col·laboració van ser cinc "fulls de ruta" tecnològics que descriuen com els desenvolupaments en diverses àrees clau de recerca podrien tenir un paper important en la reducció de les emissions de gasos d'efecte hivernacle. Aquests fulls de ruta cobreixen:

1.- Materials per a sistemes fotovoltaics, que augmentarien la quantitat d'energia generada per les plaques solars.

2.- Materials per a mètodes baixos en carboni per a la generació d'hidrogen i matèries primeres químiques.

3.- Materials de conversió d’energia termoelèctrica que es troben en sistemes de calefacció, refrigeració i climatització.

4.- Materials de conversió d'energia calòrica, per eliminar l'ús de carboni en sistemes de calefacció i refrigeració.

5.- Materials per a productes electrònics de baixa pèrdua, que donarien lloc a una electrònica i una informàtica més eficients en potència.

També, es van fer una sèrie de recomanacions, incloses les crides a una major inversió en instal·lacions de recerca i de proves de materials, noves lleis per garantir l'adopció de noves tecnologies ecològiques i que la sostenibilitat sigui el centre de qualsevol nou material avançat. Clarament cal una formació addicional en habilitats per garantir que hi hagués prou investigadors per treballar al sector.

L’objectiu legalment obligatori dels governs d’arribar a emissions netes de zero per al 2050 significarà un gran augment de les nostres accions, com a indústries, empreses i particulars. 

Fer la transició cap a una energia més neta i ecològica que satisfaci les necessitats creixents de diversos sectors, des del transport fins a les empreses de serveis públics i les persones a qui serveixin, alhora que redueixi els nostres fluxos de residus, requerirà una innovació continuada de la indústria i el suport i la intervenció dels Governs.

Font: Universitat de Leed

Consum d’energia flexible per al sector industrial.

La volàtil producció d’electricitat dels parcs eòlics i de les  plantes fotovoltaiques poden ser un problema pels distribuidores electrics, donada la necessitat de mantenir un subministrament estable, fins i tot quan aquestes instal·lacions generen poca o cap quantitat d'electricitat. 

Una part de la solució a aquest problema és adaptar el consum d'energia a la producció fluctuant de la generació eòlica i solar. 

Validar aquest innovador concepte pasa per demostrar demostrar que la producció adaptativa a l’energia —adaptar el consum d’energia de la indústria a la capacitat de generació real— no només funciona a la pràctica, sinó que també redueix les emissions de CO2 .

Atesa el canvi climàtic, és àmpliament acceptat la necessitat d'ampliar la generació eòlica i fotovoltaica d'energia. De fet, sense una reestructuració a gran escala del subministrament elèctric, serà impossible assolir els objectius ambiciosos de la transició cap a un sistema energètic sostenible. Tot i això, el problema que presenta l’electricitat procedent de les fonts renovables és la seva variabilitat i fluctuació constant sobretot com a resultant de les condicions meteorològiques i l’hora del dia. El fet de dependre d’una font d’energia altament volàtil significa que els distribuïdors han d’actuar amb la xarxa de forma regular i de vegades a un cost considerable, per garantir un subministrament fiable d’electricitat a tots els nivells de la demanda. Aquestes mesures inclouen l’ajust de la producció de les centrals elèctriques el desviament de l’energia cap a les xarxes de distribució i, en última instància, l’ampliació de la infraestructura de xarxa. L’emmagatzematge de bateries també és una potencial solució. Això, però, continua sent impracticable a causa de l'escala de la volatilitat i dels alts costos d'inversió.

Recentment, s'ha presentat un nou enfocament per gestionar les fluctuacions d'aquestes fonts d’alimentació. Aquesta investigació forma part de SynErgie, un projecte sota la coordinació general de l’Institut Fraunhofer per a l’enginyeria de fabricació i automatització IPA i en cooperació amb l’Institut Fraunhofer per a circuits integrats IIS IIS. Aquest consorci està dissenyat com compensar les fluctuacions de les energies renovables fent ajustos al consum d'energia de la indústria. 

El consum d’energia se sincronitza amb la generació.

La darrere idea, pasa per ajustar els requisits de potència de la indústria a la capacitat de generació real. Això implica programar processos de producció que consumeixin molta electricitat durant períodes en què hi hagi molta producció gràcies al sol i al vent. Al seu torn, quan es redueix la generació eòlica i fotovoltaica, es dóna preferència a les plantes amb baix consum d’energia. En casos específics, també es pot reduir temporalment l’ús de maquinàries que consumeixen molta energia. Tot i aquestes mesures per ajustar el consum d'energia, les empreses continuen complint els seus objectius de producció.

S'han fet proves  a Augsburg i els voltants, on hi ha una secció representativa de la indústria alemanya, que inclou empreses del sector de l’enginyeria, la producció de metalls, el treball del metall, el paper, la química i els plàstics. Actualment, les energies renovables representen al voltant del 35 % del subministrament d'energia total de la regió. Com a tal, Augsburg i els voltants representen una típica  regió industrial alemanya. Per tant, és un lloc ideal per investigar el potencial de la producció adaptativa a l’energia, identificar qualsevol problema associat i implementar solucions prototípiques.

Processos que requereixen molta energia

Cal centrar-se  en processos i plantes que consumeixen molta energia, en particular, aquells sectors que consumeixen molta energia tenen plantes i equips que es poden fer més adaptables a l'energia,  tenint en compte l'escala que comporta, això té un efecte tangible sobre el sistema elèctric. Entre els processos que requereixen un intensiu consum d’energia s’inclouen la fosa a les foneries, la formació en la fabricació d’acer i la producció de pasta a la indústria del paper. També es pretén descobrir si les mesures per implementar una producció adaptativa a l'energia tindran un impacte en la producció i en el balanç energètic. Això és particularment rellevant quan la producció es redueix temporalment i després es torna a augmentar, ja que sovint es necessita molta energia per reiniciar aquest tipus de la maquinària.

Els resultats mostren que les instal·lacions de producció adaptables a l'energia poden ser rendibles i que es pot reduir la petjada de carboni del sistema general. La implementació de les tres mesures bàsiques  per introduir una producció adaptativa de l'energia a la regió d'Augsburg té un impacte en el balanç energètic regional equivalent a una central de combustible fòssil de mida mitjana,  què, com a conseqüència de la major proporció de renovables en el mix de combustible, les emissions de CO2 de la generació d'energia també disminueixen.

Preus de l'electricitat incorporats al sistema ERP

Com reben les empreses informació actualitzada sobre el nivell de generació d’energia? Aquí, les dades dels intercanvis d’energia poden jugar un paper important, ja que les fluctuacions en la producció de producció tenen un efecte directe sobre el preu de l’electricitat. En plataformes com EPEX SPOT, el preu dels megawatts depèn del moment en què es consumeix l'energia, entre altres coses. La idea que hi ha darrere de la producció adaptativa a l'energia és, per tant, que els sistemes de planificació de recursos empresarials (ERP) de les empreses haurien d'incorporar no només dades internes de l'empresa, sinó també el preu actual de l'energia juntament amb les previsions sobre els seus moviments futurs. Això permet que la planificació de la producció prevegi  les operacions sobre la base de tots els paràmetres i dades rellevants i, per tant, redueixi els costos energètics sense posar en perill els objectius de producció o, el pitjor de tot, comprometre la qualitat del producte. 

Avantatges presents i futurs per a les empreses

Per tant, en primera instància, SynErgie és atractiu per a empreses que consumeixen molta energia. Tanmateix, en el futur, les petites i mitjanes empreses també podrien beneficiar-se d’aquest nou sistema, ja que els podria evitar períodes costosos de càrrega màxima, per exemple, o comercialitzar la seva pròpia capacitat agregada per adaptar les seves operacions de producció al subministrament. nivells. Si la indústria aconsegueix adaptar el seu consum d’electricitat al nivell real de generació, les companyies elèctriques necessitaran menys centrals convencionals per compensar les fluctuacions de la capacitat de generació i la necessitat d’ampliar ràpidament la xarxa elèctrica també serà menys urgent. Al mateix temps, un mix intel·ligent de tecnologia assegurarà un millor ús de la capacitat de generació regional i contribuirà a establir Alemanya com un mercat líder en tecnologia energètica.

Font: Institut Fraunhofer-Gesellschaft