Alexander Mitsos y Corey Noone, del Instituto Tecnológico de Massachussets, MIT por sus siglas en inglés, comenzaron estudiando la distribución de los paneles solares en la planta de concentración solar conocida como PS10, cerca de Sevilla, en el sur de España.
Más de 600 espejos, cada uno del tamaño de la mitad de una cancha de tenis, siguen al sol concentrando sus rayos en una torre central, donde el calor es transformado en electricidad para 6.000 hogares.
Las plantas de concentración solar (CSP por sus siglas en inglés) utilizan grandes conjuntos de espejos o helióstatos para concentrar los rayos del sol en un área pequeña. La luz concentrada es convertida en calor, que a su vez genera electricidad.
En la distribución tradicional, los espejos son dispuestos en filas de semicírculos concéntricos similares a un teatro, pero este patrón no es totalmente eficiente. Si bien hay brazos robóticas que mueven los espejos para seguir el movimiento del Sol, hay momentos del día en que unos espejos hacen sombra sobre otros.
La forma más eficiente de distribución, según los expertos del MIT, es colocar cada panel a un ángulo constante de 137 grados respecto al que le antecede, un patrón conocido en matemática como la espiral de Fermat, en alusión al matemático francés del siglo XVII.
Y ésa es exactamente la manera en que están dispuestas las florecillas en el interior de un girasol.
Los investigadores del MIT comenzaron haciendo una representación digital de la planta PS10 y dividiendo cada espejo en cerca de 100 segmentos. Posteriormente utilizaron modelos matemáticos para calcular la pérdida de energía en cada segmento cuando los espejos bloquean parcialmente la luz. Por último, reconfiguraron los segmentos para un aprovechamiento ideal de la radiación solar.
Mitsos y Noone también buscaron combinar esa distribución con otro objetivo clave, ahorrar espacio, y mostraron el patrón resultante a otro de los investigadores, Manuel Torrilhon, de la Universidad Aachen en Alemania.
Torrilhon reconoció la presencia de un patrón en espiral, similar al hallado en la naturaleza, por lo que los investigadores buscaron inspiración para su patrón óptimo específicamente en los girasoles.
Las minúsculas florecillas que conforman el interior de un girasol están dispuestas en el patrón conocido como espiral de Fermat, que puede verse en distintos objetos en la naturaleza y ha fascinado a los matemáticos durante siglos.
Los griegos incluso aplicaron el patrón a la arquitectura. En un girasol, cada florecilla está inclinada respecto a su vecina en una proporción de 137 grados, lo que se conoce como el "ángulo dorado".
La nueva distribución mejora la eficiencia de los paneles y permite colocarlos en un espacio 16% menor.
Mitsos asegura que utilizar este patrón en plantas de concentración solar en el futuro permitiría reducir significativamente la cantidad de tierra utilizada, disminuyendo costos.
"Las plantas de energía termal solar concentrada requieren enormes extensiones de superficie. Si queremos lograr en el futuro que al menos un 10% de la energía provenga de fuentes renovables, necesitaremos grandes áreas, por lo que la eficiencia es fundamental", señaló el investigador del MIT.
El estudio, publicado en la revista Solar Energy, muestra la importancia de la biomimesis o biomimética, un campo de investigación que busca inspiración en la naturaleza para la solución de problemas tecnológicos y sociales.
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