Roger Angel es un astrónomo cuyos diseños innovadores para espejos telescópicos han transformado radicalmente la forma en que vemos las estrellas y las galaxias. Desarrolló espejos livianos con panal para los telescopios más grandes y potentes del mundo, incluido el Gran Telescopio Binocular en el Monte Graham en Arizona y el Telescopio Gigante de Magallanes actualmente en construcción en Chile. Es profesor de Regentes y director del Laboratorio de Espejos del Observatorio Steward de la Universidad de Arizona (UA), y miembro de la beca MacArthur "genius grant". En 2010 ganó el prestigioso Premio Kavli de Astrofísica. Pero últimamente ha estado pensando más en la vida en nuestro propio planeta.
"Me había estado preocupando por el calentamiento global", dice Angel, y había comenzado a contemplar soluciones tan audaces (y, en última instancia, prohibitivas) como colocar sombrillas gigantes en el espacio para enfriar el planeta. Pero cuando su esposa le preguntó: "¿No puedes hacer algo sobre el calentamiento global?", Se puso serio y comenzó a imaginar cómo se podrían usar sus espejos telescópicos para generar energía limpia. Ahora Angel ha diseñado un sistema que utiliza espejos con pequeñas células solares para aprovechar la luz y generar electricidad, un sistema que tiene el potencial de ser más rentable que cualquier otra cosa en el mercado.
Intentar aprovechar el poder del sol no es nada nuevo; Muchas empresas e inventores han estado analizando el problema de cómo recolectar, convertir y usar la energía solar de manera más efectiva durante décadas. La tecnología de las células fotovoltaicas (PV) que capturan los rayos del sol ha mejorado con el tiempo, pero todavía hay algunas piezas adhesivas en el rompecabezas de producir electricidad solar. Algunos de esos problemas incluyen la cantidad de calor generado por las técnicas existentes, el espacio necesario para las células solares y el costo.
Angel está abordando algunos de estos problemas con su nuevo sistema. "Es una unidad completa e independiente que convierte la luz en energía y rechaza el calor", dice. Esparcidos por su laboratorio de Tucson hay herramientas, trozos de metal, trozos de células fotovoltaicas y otras piezas del artilugio. En conjunto, constará de varios espejos cuadrados unidos a un marco de acero grande y liviano que se parece a un gimnasio de la jungla. Cada espejo refleja la luz en su propia unidad de conversión de energía en forma de cubo (PCU) instalada sobre su centro. La PCU es una pequeña caja con una bola de sílice fundida en el extremo que mira hacia el espejo. Cuando la luz del sol golpea el espejo, la forma parabólica del espejo enfoca el haz directamente en la bola, que a su vez enfoca la luz en una matriz curva de 36 pequeñas células fotovoltaicas. Las células son las que convierten la luz en electricidad.
Cada espejo refleja la luz en su propia unidad de conversión de energía en forma de cubo (PCU) instalada sobre su centro. (Cortesía de Rehnu) 
El astrónomo Roger Angel está tratando de aprovechar el poder del sol con una nueva tecnología desarrollada para telescopios. El rastreador solar que se muestra actualmente genera 2 kW de energía eléctrica. (Cortesía de la Universidad de Arizona) 
Un primer plano del sistema convertido, que muestra la bola de sílice de 5 "de diámetro y la caja reflectante que alberga las celdas de triple unión. (Cortesía de la Universidad de Arizona) "Las células convierten aproximadamente el 40 por ciento de la luz en electricidad", dice Angel, señalando que esto es altamente eficiente para un sistema de energía solar. Su innovación también contiene un sistema de enfriamiento que utiliza tecnología similar a la utilizada para chips de computadora y motores de automóviles. "Esto permite que los chips se mantengan notablemente frescos: 20 grados C por encima de la temperatura ambiente", dice. El sistema de enfriamiento tiene el beneficio adicional de no usar agua, un recurso especialmente valioso en los desiertos donde operan muchos sistemas solares; En su lugar, se utiliza refrigerante recirculado.
“Nadie ha construido un sistema que utilice una estructura de marco espacial tan eficiente y liviana para minimizar la cantidad de acero y sostener los espejos. Nadie ha fabricado espejos de vidrio con platos profundos que sean prácticos y económicos como este, y nadie ha hecho una PCU como esta ”, dice Angel.
Alex Cronin, físico de la Universidad de Arizona que realiza investigaciones independientes de Angel sobre células solares fotovoltaicas, está de acuerdo. Angel "ha optimizado [este sistema solar] como un telescopio", dice Cronin. “Este es un ejemplo de estirar el sobre en una nueva dirección. Lo diseñó con la menor cantidad de acero y hierro. En el futuro veremos más de esto. Él está liderando la industria ".
Angel dice que su diseño tiene una "herencia de la astronomía". Pero los telescopios en astronomía se usan para concentrar luz muy tenue y distante, mientras que los espejos aquí juegan un papel diferente. "Hemos pasado del extremo de hacer los espejos más perfectos que puedas imaginar, a los espejos de menor costo que son 'lo suficientemente buenos'. "
Pueden ser más baratos, pero no querrás pararte en el punto focal de uno de sus espejos. Angel probó recientemente un espejo de tres metros de ancho que enfocaba la luz solar en una pieza de acero de seis milímetros de espesor. En 15 segundos, la viga hizo un agujero en el acero del tamaño de una moneda.
Además de los espejos, los otros elementos críticos de su sistema son las células fotovoltaicas en la PCU. En lugar de usar las típicas células solares de silicio, sigue su ejemplo desde arriba: "Lo que me llamó la atención es que recientemente el tipo de células fotovoltaicas utilizadas en el espacio [para alimentar la estación espacial, por ejemplo] se han adaptado para su uso en el suelo ", dice. "De la luz que entra, convierte el doble de energía en electricidad". Esto ahorra dinero y espacio en el sistema. "Muchas personas han notado las maravillosas propiedades" de las células más nuevas, llamadas células fotovoltaicas de triple unión, "pero el desafío es conseguir la luz concentrada sobre ellas sin gastar el presupuesto".
El famoso científico corta el ruido del calentamiento global y expone los hechosCon la ayuda de la bola de sílice, la luz solar que cae sobre el espejo puede enfocarse en un área de celdas una milésima del tamaño del espejo, y el costo de las celdas se convierte en una décima parte por vatio generado en comparación con el solar. paneles que no emplean la tecnología de Angel.
El objetivo de Angel es crear electricidad solar a "escala de servicios públicos" a un precio que compita con los combustibles fósiles, algo que no existe en la actualidad. “Creo que lo que estamos haciendo tiene una buena oportunidad. La arquitectura que hemos desarrollado en los últimos años es un enfoque nuevo y está dirigido específicamente a llegar al bajo costo ”.
Parte de su rentabilidad se deriva de la capacidad de Angel de recurrir a procesos de fabricación que ya están implementados. Su sistema patentado y pendiente de patente (que cubre el ensamblaje, la óptica y el uso de las células fotovoltaicas) es lo suficientemente simple como para que pueda fabricarse en gran volumen, y él y un equipo de científicos y estudiantes graduados de la Universidad de Arizona están investigando formas de simplificar aún más los métodos de producción en masa.
Incluso el entorno para su investigación y desarrollo ayuda a reducir costos. El prototipo para la asamblea de Angel en la jungla fue construido en una piscina desierta detrás de un gimnasio en el campus de la UA, un lugar que una vez albergó una antena parabólica para una estación de televisión de Tucson. "Este espacio en particular tiene una vista perfecta del cielo del sur desde el amanecer hasta el anochecer y está a dos minutos a pie de mi oficina", dice, y la región recibe alrededor de 350 días de sol al año. Otro beneficio de estar en Arizona es que "estamos dos o tres horas detrás de la costa este, lo que significa que el sol todavía brilla en Arizona en el momento de mayor demanda en el este", dice.
Angel fue impulsado en parte a desarrollar energía solar debido a algo que observó en la Tierra. Su casa está cerca de un río, y ha visto cómo la vía fluvial disminuye con el tiempo. "La capa freática ha bajado tres pies desde que he estado en la casa", dice. “La degradación del río es algo que veo en tiempo real frente a mis ojos debido a la sobrepoblación. Me he reconciliado con que mi hermoso río se secará, pero no quiero reconciliarme con un planeta que está condenado a un destino miserable como ese ”.
Alaina G. Levine es una escritora científica con sede en Tucson, Arizona.
