Cuando las energías renovables aprenden de la naturaleza

Los paneles fotovoltaicos cuentan con infinitas aplicaciones. Desde tejas solares hasta vidrio fotovoltaico, cada vez hay más superficies desde las que generar energía solar. Una de esas modalidades son los árboles solares, que forman parte de una oleada de avances tecnológicos basados en la naturaleza.

Así, en algunos de estos árboles fotovoltaicos las “hojas” se distribuyen siguiendo una espiral de Fibonacci, un patrón recurrente en la naturaleza. Este tipo de soluciones inspiradas en los preceptos del reino natural también puede encontrarse en algunos aerogeneradores o centrales termosolares. Es lo que se conoce comúnmente como biomimética.

 

 

En este artículo abordaremos los siguientes temas:

• ¿Qué son los árboles solares?
• El mayor árbol solar del mundo
• Otros ejemplos de biomimética aplicada a energías renovables

¿Qué son los árboles solares?

Se trata de una tecnología que lleva varios años en el mercado y que se utiliza en instalaciones -normalmente urbanas- que combinan la sostenibilidad con una dimensión funcional y estética. Los árboles solares suelen contar con varias placas fotovoltaicas instaladas a modo de “hojas” con una distribución que optimiza la recepción de radiación solar. Los diseños de árbol solar más habituales son:

• Un tronco principal con varias ramas distribuidas regularmente. Es uno de los diseños más básicos y menos eficientes.
• Distribución basada en espiral de Fibonacci. Es el diseño más habitual y se basa en acoplar “ramas” de diversa longitud al tronco principal. Aunque es más eficiente en términos de generación de electricidad, también es una estructura de mayor coste.
• Semiesférico. Forma una cúpula de hojas que reciben la radiación solar a lo largo de todo el día.
• Filotaxia en espiral. “Filotaxia” es el término utilizado para describir el crecimiento de ramas y hojas en botánica. En este caso, se forma una especie de paraguas con paneles a distintas alturas y orientaciones instalados en ramificaciones del tronco principal.
• Ross Lovegrove. Un ramillete de tallos que cuentan con un panel solar circular en cada una de sus terminaciones.
• Árbol solar básico. Un diseño basado en un tronco con ramificaciones en el extremo superior con el mismo ángulo, a modo de girasol plano.   
• Diseño geométrico tridimensional. Recurre a un tronco basado en tres ejes, cada uno de ellos con sus propios paneles.
• Superárboles. Este diseño es uno de los más espectaculares y puede encontrarse en el parque de Gardens by The Bay en Singapur. Estos árboles, con una altura de cincuenta metros, son una combinación de jardín vertical con doscientas especies de plantas, recolector de agua, granja solar, sistema de alumbrado y dispositivo de regulación térmica ambiental.

Entre los últimos proyectos de árbol solar se encuentra la iniciativa de la Universidad de Connecticut. El diseño final se ha convertido en un objeto que conjuga cualidades estéticas -en términos de mobiliario urbano-, la generación de energía renovable y el uso de materiales sostenibles como el aluminio.

Según sus promotores, el punto de partida de este proyecto fue la creación de un árbol artificial que permitiera comprobar la posición y forma óptimas de las hojas para maximizar la generación de energía y entender mejor los procesos de fotosíntesis.

El árbol solar de esta universidad estadounidense ha reunido a profesores y alumnos de distintas disciplinas, tales como la ingeniería eléctrica o los estudios de urbanismo. El resultado ha sido un diseño que se basa en materiales reciclables y que integra varios bancos junto a la estructura principal, de tal manera que los usuarios pueden sentarse a la sombra y, de paso, cargar el móvil. Y todo ello con energía solar.

El mayor árbol solar del mundo

Sin embargo, también hay árboles solares que, además de la dimensión simbólica, artística o social, buscan maximizar la producción de energía renovable. Es el caso del árbol solar del instituto tecnológico CSIR-CMERI de la India. Con un diseño de árbol solar básico, se trata del dispositivo de mayor tamaño de su clase. Inaugurado en 2022, tiene una superficie total superior a los trescientos metros cuadrados que generan hasta 200 kWh diarios.

Otros ejemplos de biomimética aplicada a energías renovables 

Junto con la energía fotovoltaica, existen otras energías renovables que se han beneficiado del enfoque biomimético. Ya sea inspirándose en formas orgánicas para mejorar la aerodinámica de una turbina u optimizar la distribución de una planta termosolar, existen diversos ejemplos de biomimética en este sector:

• La espiral de Fibonacci. Presente en numerosos patrones de organismos y plantas como los girasoles, esta espiral ha servido para mejorar la distribución de los espejos que concentran la radiación solar en las plantas termosolares,
• Las aletas de la ballena jorobada. Los bordes irregulares de las aletas de estos cetáceos permiten optimizar su movimiento natatorio y también han sido la clave para desarrollar aspas de aerogeneradores con mejores cualidades aerodinámicas.
• Los patrones de las alas de mariposa. Los investigadores han mejorado el rendimiento de las células de una nueva generación de paneles fotovoltaicos al replicar la estructura de las alas de mariposa que maximizan la radiación solar absorbida.

Si quieres conocer otros ejemplos de biomimética te recomendamos que eches un vistazo a este artículo sobre la nueva generación de aviones que imitan el movimiento de las alas de pájaros o este otro sobre un sistema de desalación inspirado en las plantas.

Fuentes:

• Universidad de Connecticut
• The Times of India
• https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352484722008617