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Investigadores peruanos diseñan panel solar plegable inspirado en el origami

Se planea realizar la validación del prototipo en una embarcación naval y otra aplicación móvil en una zona rural.


En su compromiso por combatir el cambio climático a través del uso de energías renovables, un equipo de investigación de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP), en colaboración con la empresa Dinamo Tecnologías S.A.C., trabaja en el diseño y fabricación de paneles solares plegables para aplicaciones de alta exigencia en las industrias minera y naval. Por este motivo, obtuvo un financiamiento de 350,000 soles en el concurso «Proyectos de Desarrollo Tecnológico 2024», organizado por ProCiencia, entidad adscrita al Consejo Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación Tecnológica (Concytec).


Inspirado en el patrón de origami Miura-Ori, utilizado para el despliegue de grandes paneles solares de satélites espaciales, el prototipo funcional a escala real se fabricó con 60 celdas solares de 388 vatios pico (Wp), un peso aproximado de 6.2 kg, y un área de 1.97 m² desplegado y 0.24 m² replegado.


El prototipo consta de una distribución específica de celdas solares, conexiones eléctricas, los dobleces del trazado origami, así como una selección específica de las láminas para la fabricación, pues se requiere cierta rigidez en las partes de las celdas solares y flexibilidad en los dobleces de replegado.


Además de permitir un proceso de despliegue y repliegue rápido con un solo movimiento, este diseño modular representa un hito importante para el Perú, dado que es la primera vez que se logra fabricar paneles solares en el país y más aún con características especiales.


Actualmente, el proyecto está en la fase TRL3 (prueba de concepto experimental) de los niveles de preparación tecnológica, por lo que se plantea realizar la validación del prototipo en una embarcación naval y otra aplicación móvil industrial en una zona rural de la región Cusco, lo que permitirá optimizar el diseño y proceso de fabricación del panel solar.


En diálogo con la Agencia Andina, el docente Daniel Lavayén Farfán, doctor en Ingeniería Mecánica e investigador principal del proyecto, destacó que su prototipo de panel solar plegable difiere del modelo rígido por su peso liviano (casi 24 kg menos en un área análoga de 2 metros cuadrados), mayor portabilidad, adaptabilidad a cualquier espacio y fácil conexión a un sistema fotovoltaico ya existente.


El peso liviano de los prototipos plegables, según Lavayén, constituye una ventaja crucial porque implica una estructura base mucho más ligera que, a su vez, reduce el peso de la estructura general del sistema fotovoltaico. Por otro lado, el sistema modular permite conectar varios módulos en serie o en paralelo, según las necesidades del operario.


“Por ejemplo, podría tener una instalación o un lugar en el que a cierta hora el viento sopla muy fuerte, entonces si ya estoy recargado de energía, simplemente los comprimo y los guardo. No tengo el problema de que se me vayan a volar o de que tenga que hacer una estructura extremadamente resistente para sujetarlos”, explicó Lavayén.


Desafíos de un proyecto pionero

Uno de los principales retos del proyecto, según Lavayén, fue aplicar el patrón de origami al diseño del prototipo rígido. A diferencia del papel, que posee un grosor casi nulo y se dobla fácilmente, los módulos fotovoltaicos son rígidos y de gran espesor, por lo que su repliegue exige la aplicación de conceptos matemáticos que, según el docente, se traducen en ecuaciones complejas que no han sido del todo resueltas hasta la fecha.


“Hemos visto que el origami tiene todo un trasfondo matemático. Uno diría que solo consiste en doblar papel, pero tiene toda una matemática muy bonita detrás. Y lo que algunos hacen es tratar de trabajarlo como un mecanismo tridimensional. Los mecanismos son un aspecto fundamental para los ingenieros mecánicos”, resaltó el especialista.


En cuanto a los tipos de origami grueso y flexible, el docente refirió que la academia aún no ha resuelto ciertas cuestiones teóricas esenciales, lo que representa una oportunidad única de estudio, al punto que muchas revistas científicas han mostrado gran interés en el tema debido a su carácter novedoso y sus indicios de un vasto campo de estudio por explorar.


En ese sentido, Lavayén aseguró que el financiamiento otorgado por ProCiencia será fundamental para continuar con la fabricación y ejecución de pruebas de su prototipo de panel solar, al tiempo que siguen recopilando información empírica y clave para contribuir a la academia durante los próximos dos años.


Ahora bien, el ingeniero mecatrónico reconoció que una de las principales limitaciones de su prototipo —y los sistemas fotovoltaicos, en general— es la aún baja eficiencia de generación por área de los paneles (Wp/m2), lo que dificulta la mayor penetración de dichos sistemas solares en aplicaciones industriales de alta exigencia.


“Las instalaciones fotovoltaicas, en general, no tienen la densidad energética de un combustible fósil. Es decir, para obtener mucha energía solar, se necesita cubrir un área muy grande, entonces si quiero tener una aplicación solar móvil, tendría que transportar muchos paneles solares”, explicó.


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Un sector industrial emergente

Desde la creación del proyecto, a mediados de 2022, la mayor dificultad que enfrentó el equipo de investigación fue la falta de maquinaria para fabricar paneles solares en Perú, lo que limitaba la producción de máquinas laminadoras para revestir los módulos solares.


Desde entonces, para suplir esta carencia, el equipo de investigación, con el apoyo de Dinamo Tecnologías S.A.C, ha logrado diseñar y fabricar máquinas especiales que le permite producir el laminado requerido, que consta de módulos fotovoltaicos plegables y flexibles. “Tenemos que escalar la producción de la laminadora. Hemos encontrado un montón de zonas en las que podemos mejorar, hacerlo más automático y fácil de maniobrar para el operario. El objetivo es que la calidad del laminado sea cada vez mayor”, explicó Lavayén.


Si bien ya se logró fabricar un panel solar íntegramente en Perú, el investigador refirió que el proceso de construcción aún requiere de muchos ajustes manuales que ralentizan su funcionamiento e influyen en la calidad del producto final.


“Lo que queremos hacer es agilizar la producción. Eso eventualmente hará que el precio de estos paneles sea más accesible, también va a implicar que la calidad sea mejor. Teníamos algunos problemas, por ejemplo, con las burbujas de aire que quedan atrapadas, lo hemos ido solucionando. Todavía no es perfecto, pero está mucho mucho mejor”, sostuvo Lavayén.


Durante los próximos meses, el equipo de investigación someterá su prototipo a pruebas de resistencia al ambiente y de fatiga de los componentes con el objeto de afinar su diseño. “Nosotros estamos bastante abiertos a trabajar con empresas, sobre todo si tienen operaciones lejos del acceso a redes eléctricas, porque precisamente ahí es donde se requiere este tipo de aplicaciones. Otro de nuestros objetivos es apoyar la electrificación rural sin la necesidad de estar llevando líneas de alta tensión”, dijo el experto.


Por último, Lavayén afirmó que su visión a largo plazo es crear alianzas estratégicas con diferentes gobiernos regionales, instituciones educativas o científicas, organizaciones no gubernamentales y sectores de la industria nacional a fin de promover el desarrollo y masificación de energías renovables que contribuyan a mitigar el cambio climático y generar nuevos puestos de trabajo para los peruanos.


“Indudablemente esto solamente va a ser posible si otras industrias —por ejemplo, la minera, manufacturera o naval— apuestan por este tipo de iniciativas. Hasta ahora, lo están haciendo y nos estamos aliando con otras empresas que están interesadas en esta tecnología, porque ellos lo ven no solamente desde un punto de vista ecológico, sino también desde un punto de vista económico, que es justamente necesario”, aseguró el investigador peruano. un taller de México, con ambos reforzaremos la posventa a nivel internacional.


Fuente: Andina

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