Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) han analizado la viabilidad de transmitir energía a través de la fibra óptica utilizando el sistema de la telealimentación fotovoltaica.
La principal aplicación de la telealimentación, es decir, la transmisión remota de energía a circuitos y dispositivos electrónicos a través de fibra óptica, se encuentra en el suministro de energía a sensores y actuadores (y su electrónica asociada) en las denominadas zonas de exclusión.
Una zona de exclusión es aquella en la que la utilización convencional de energía eléctrica no es posible debido a un ambiente hostil como, por ejemplo, la existencia de una atmósfera explosiva, un ambiente electromagnético intenso, la indisponibilidad de energía eléctrica en el lugar en que se necesita, etc.
Investigadores del Grupo de Semiconductores III-V del Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid y del Grupo de Displays y Aplicaciones Fotónicas de la Universidad Carlos III se han preguntado si en estos momentos es viable la telealimentación fotovoltaica a través de fibra óptica.
Los resultados y las conclusiones de sus análisis se han presentado en un artículo de revisión (‘Beaming power: Photovoltaic laser power converters for power-by-light‘) publicado en la revista científica Joule.
El artículo se enmarca dentro de la colaboración entre ambos grupos, auspiciada por la Comunidad de Madrid dentro de la Convocatoria de Proyectos Sinérgicos en Nuevas y Emergentes Áreas Científicas a través del proyecto ‘TElealimentación FotovoLtaica por fibra Óptica para medida y coNtrol en entornos extremos, TEFLON-CM‘. Participan como empresas asociadas Airbus, Red Eléctrica Española y Tecnalia Ventures.
Principios de la telealimentación fotovoltaica por fibra óptica
Los investigadores explican que un sistema de telealimentación fototovoltaica por fibra óptica está compuesto por una fuente de luz monocromática (normalmente un láser), un medio de transmisión (la fibra óptica) y un convertidor fotovoltaico.
En dichos sistemas, la fuente de luz convierte la potencia eléctrica (tomada de una región no conflictiva) en potencia luminosa, que se envía a través de la fibra óptica al convertidor fotovoltaico. Tanto la fibra óptica como el convertidor están situados en el interior de una zona de exclusión. Por tanto, la energía se transporta en forma de luz y el convertidor fotovoltaico transforma en electricidad la potencia luminosa del láser acoplado a la fibra justo en la zona de uso. Además, estos sistemas permiten también el envío de datos a través de la fibra entre la unidad remota y la estación base.
Ventajas frente a otras opciones
Existen otras posibilidades para alimentar sistemas remotos. La utilización de baterías es la más simple. Sin embargo, su sustitución debe realizarse periódicamente y es costosa (mano de obra, precio de la batería nueva, tiempo de montaje, etc.).
Además, la sustitución de una batería dentro de una región de exclusión podría ser peligrosa, cara o incluso imposible. Por ello, se han realizado algunos intentos para utilizar la energía de las microondas pero se ha comprobado que es una opción costosa, además de no estar clara su repercusión sobre la salud.
Por ello, para los investigadores, frente a estas opciones, utilizar sistemas de telealimentación por fibra presenta numerosas ventajas, entre las que destacan: el aislamiento eléctrico entre los componentes del sistema a ambos lados de la fibra, la inmunidad al ruido electromagnético, el menor peso de la fibra óptica frente al cable de cobre, la supresión de baterías y su mantenimiento y la flexibilidad en la ubicación de los sensores, ya que no se necesita una toma de corriente próxima.
Eficiencia fotovoltaica del 60%
Los sistemas de telealimentación fotovoltaica por fibra óptica tienen multitud de aplicaciones en el ámbito de la medida y el control a distancia de procesos en ambientes extremos como líneas de alta tensión, plantas de gas, químicas, petroquímicas, minería, depósitos de combustible en aviones, satélites, centrales nucleares, extinción de incendios o biomedicina, entre otras.
Además, los investigadores recuerdan que los convertidores fotovoltaicos para luz láser son los dispositivos con mayor eficiencia fotovoltaica, alcanzando rendimientos superiores al 60%.