Simulación numérica: un método para la optimización de celdas solares en satélites

Universidad Nacional de Quilmes - Departamento de Ciencia y Tecnología

30 de Agosto de 2010 |


Simulación numérica: un método para la optimización de celdas solares en satélites


Un proyecto de la UNQ investiga por simulación numérica el modo de mejorar el rendimiento de celdas solares que alimentan equipamientos electrónicos de satélites. Mediante códigos de simulación especialmente diseñados, los investigadores pueden evaluar a priori los efectos de la radiación en el funcionamiento de estos dispositivos, prever su vida útil y mejorar el diseño para hacerlos más resistentes a los daños.

Las celdas solares son la principal fuente de alimentación de satélites, pero la experimentación con estos dispositivos requiere de presupuestos de gran magnitud, que superan en mucho los costos de paneles de uso terrestre. Es por esto que los programas de simulación numérica son de gran utilidad para esta clase de investigaciones.

Mejorar el rendimiento de las celdas solares -mediante las que la energía solar se convierte en energía eléctrica-, optimizar su productividad a partir del incremento de la fracción de energía solar que recibe y que se convierte en energía útil para alimentar el equipamiento electrónico de un satélite, es uno de los objetivos principales del proyecto que codirige el ingeniero Guillermo Casas, docente e investigador de la UNQ.

El investigador trabaja en el análisis de los efectos de la radiación sobre celdas solares de uso espacial a partir del empleo de programas de simulación numérica desarrollados por el Grupo de Estudios de Materiales y Dispositivos Electrónicos de la Facultad de Ingeniería de la UNLP (GEMyDE), que resuelven las ecuaciones del funcionamiento de los dispositivos electrónicos.

“Como la celda no es capaz de convertir toda la energía solar en eléctrica, aumentar ese rendimiento es fundamental porque bajaría los costos de todas las instalaciones vinculadas a celdas solares. Tendrían más potencia útil, más energía útil; se haría un aprovechamiento mejor de la energía que da el sol”, aclara Casas.

El diseño de celdas que minimicen los daños que tienen los dispositivos electrónicos instalados en satélites, es otro aspecto de capital importancia. “Cuando los dispositivos están en el espacio reciben la radiación de protones, electrones, neutrones y otras partículas. A lo largo de un año, son miles de millones de partículas que los golpean y los degradan, por lo que al cabo de cierto tiempo, se pierden sus características iniciales y entonces dejan de funcionar dentro del proyecto, porque ya no cumplen con las especificaciones con las que se los incluyó”, sostiene Casas.

En este sentido, la simulación numérica permite prever la magnitud del daño a la que puede someterse el dispositivo y, por lo tanto, predecir el diseño de la celda que minimice ese daño. “Por ejemplo, ahora estamos tratando de encontrar la geometría óptima de la celda para que se comporte de la misma manera si está en la tierra o si está en el satélite”, señala el ingeniero.

En el GEMyDE, obtuvieron un algoritmo que permite diseñar la geometría de un diodo PIN (otro dispositivo que convierte señales luminosas en eléctricas) para que se comporte de la misma manera con o sin radiación y, a partir de ello, comenzaron a pensar alternativas para que la celda solar funcione de manera similar, bajo radiación o sin ella.

“Ahora estamos trabajando para encontrar algo parecido para las celdas que sirven para alimentar a un equipamiento, a diferencia de los diodos que fundamentalmente funcionan como un sensor de luz”, explica Casas a InfoUniversidades. Según el investigador, éste es un claro ejemplo de un estudio teórico que todavía no tiene aplicación práctica. “Los márgenes que obtuvimos son tan pequeños que todavía no hay una precisión en la tecnología que fabrica esos diodos como para trabajar con esas dimensiones. Pero la habrá”, cuenta.

Los programas de simulación se utilizan para inventar dispositivos -que aún no es posible fabricar hoy en día- y ver cómo serían las reacciones frente a determinadas condiciones. Pero también sirven para simular estructuras que ya existen, como el caso de las celdas solares. “Lo interesante de la simulación numérica es que podemos obtener resultados cargando los datos de una estructura existente y simular cómo se comporta. Eso brinda información acerca de qué habría que modificar de esa estructura, de las dimensiones, de su geometría o de las contaminación de las distintas partes”, comenta Casas.

Si uno quisiera obtener los resultados de manera experimental, deberían fabricarse celdas solares de distintas dimensiones. En cambio, los programas de simulación -que han dado un gran impulso al desarrollo de la electrónica- permiten estudiar el funcionamiento de estos dispositivos a través de un software desarrollado específicamente para ello.

El proyecto que codirige Casas -junto con el director de la investigación, doctor Eitel Peltzer y Blancá- es financiado por la Universidad Nacional de Quilmes y por ahora se aboca al nivel de simulación, aunque desearían en un futuro trabajar junto a la Comisión Nacional de Energía Atómica. “Nos interesa trabajar con un grupo que desarrolla y experimenta con paneles solares, dentro del proyecto espacial que pone satélites en órbita”, señala Casas. La iniciativa permitiría contrastar los resultados que se obtienen bajo simulación numérica con los que se alcanzan en forma experimental.

Leticia Spinelli
prensa@unq.edu.ar
Lic. Erica Lanfranchi
Programa de comunicación pública de la ciencia "La ciencia por otros medios"
Dirección de Prensa y Comunicación Institucional


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