Un grupo de investigadores de Ingeniería UdeC se adjudicó, con el mayor puntaje en el área de postulación, el desafío en energía que presentó el concurso de innovación abierto “Desafíos Públicos” del Ministerio de Energía, operado a través de la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID), relacionado con la producción de Hidrógeno Verde.
Se trata del proyecto “Diseño y validación de un sistema acondicionador de energía dc/dc de estructura modular, implementado en base a convertidores estáticos de potencia parcial para la producción de hidrógeno usando energía solar FV (SH2PC)”, liderado por el académico José Espinoza Castro del Departamento de Ingeniería Eléctrica (DIE), y que busca resolver la necesidad de generar H2v por medio del uso de la energía del sol en zonas donde no hay redes eléctricas como opción primaria de energía.
Esta problemática (energía eléctrica desde el sol), desde la mirada eléctrica, ha sido investigada por años en el DIE, a lo que se suma la experiencia del Departamento de Ingeniería de Materiales (DIMAT) para, en conjunto, resolver el desafío. De esta manera, el equipo de investigadores está integrado además por Claudia Carrasco Carrasco del DIMAT (subdirectora del proyecto); Luis Morán Tamayo y Leonardo Palma Fanjul (DIE); y Andrea Moraga Paredes y Juan Pablo González Jaramillo del IIT UdeC.
¿Cuál es la idea?
El objetivo es crear un equipo que permita entregar energía eléctrica tomada desde el sol – a través de celdas fotovoltaicas – a una celda de electrólisis (electrolizador) para generar Hidrógeno Verde, por supuesto, con las características eléctricas que necesita el electrolizador, de manera que el conjunto opere en condiciones óptimas.
“Afortunadamente, por un lado, la energía del sol, cuando se transforma en eléctrica, ya tiene un grado de compatibilidad importante con el tipo de energía que necesita el electrolizador, es decir, el sol genera la energía eléctrica en señales que son continuas (corriente continua, no alterna como la que nos llega a casa) y la celda de electrólisis funciona con señales de voltaje y corriente continuas también”, explica Espinoza.
Por lo tanto, el primer desafío que plantea el proyecto es la conversión de corriente continua a corriente continua, pero a voltaje diferente, en la forma más eficiente posible, porque cuando se está en un lugar donde la fuente primaria es el sol, cualquier pérdida es importante. Si bien es cierto existe esta compatibilidad natural entre las formas de energía, como se capta desde el sol y la forma de energía como es requerida por el electrolizador, el transformar señales eléctricas continuas en continuas de otros valores, no es convencional, comenta el director del proyecto.
Etapa 1: SIMULACIÓN
El objetivo de la primera etapa es hacer todo mediante simulación y donde el Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería tiene ventajas reconocidas en el área, como explica José Espinoza, quien comenta que “para simulación tenemos un software de altas prestaciones que permite hacer simulaciones muy realistas, lo que permitirá incluir análisis de eficiencia para estimar las pérdidas como las que nos vamos a encontrar cuando se haga la implementación; eso es clave para el éxito de esta etapa del proyecto”.
En un período de 6 meses se debe simular el sistema de captura de energía desde el sol, el equipo propuesto de conversión dc/dc y el electrolizador, donde el énfasis está en el equipo que puede tomar la energía desde el panel FV y llevarla al electrolizador de la manera más eficiente posible, cuidando además la vida útil del electrolizador.
Etapa 2: IMPLEMENTACIÓN
Se debe implementar un prototipo de laboratorio, de un par de kilowatts, que son niveles de potencia que se pueden alcanzar en forma segura en los laboratorios de la facultad, como explica Espinoza. En esta etapa se trabajará de dos formas: utilizando paneles solares que están en el techo del edificio Tecnológico Mecánico y también con paneles solares emulados por medio de equipos electrónicos, que al igual que el primer caso, se programan para proporcionar condiciones propias de la naturaleza: vientos, nubes, horas de sol, etc.
Es en esta etapa donde se hacen diferentes pruebas, se van probando conceptos y modificando el diseño hasta lograr uno optimizado para lograr los objetivos propuestos.
Etapa 3: PRUEBA EN TERRENO
Llevar el prototipo a condiciones reales es la última parte del proyecto. “El Ministerio de Energía nos pondrá en contacto con una empresa que trabaja en el rubro y se podrá someter el equipo de conversión a condiciones reales”. En esta etapa se espera tener un modelo de negocios definitivo junto a un diseño probado.
