En una era en la que las soluciones de energía renovable son cada vez más críticas para cumplir los compromisos climáticos globales, un equipo de investigadores peruanos ha recurrido a una fuente de inspiración poco probable: el antiguo arte japonés de doblar papel. Su innovación-módulos fotovoltaicos inspirados en el origami--promete abordar uno de los desafíos más persistentes que enfrenta la adopción de la energía solar en entornos industriales: el enorme espacio necesario para una generación de energía eficaz.
Publicada en febrero de 2025 en la revista MDPI Engineering Proceedings, la investigación representa una colaboración entre Dinamo Tecnologías SAC en Lima, la Pontificia Universidad Católica del Perú y la Technische Universität Ilmenau de Alemania. El proyecto, financiado por la subvención de innovación ProInnovate de Perú, demuestra cómo el patrón de plegado Miura-Ori-inventado en 1985 por el astrofísico japonés Koryo Miura-puede adaptarse para crear paneles solares que se pliegan con un solo movimiento, reduciendo su huella hasta en un 90 por ciento.
El problema del espacio en la energía solar industrial
Los paneles solares tradicionales tienen la limitación de que producen muy poca energía por unidad de superficie. Esto significa que se necesita mucho espacio para proporcionar una cantidad significativa de energía. Para los sectores naval y minero, este es un problema grave porque requieren enormes cantidades de energía y no siempre tienen espacio disponible para equipos solares.
Los paneles solares normales también son muy pesados y voluminosos. Actualmente, esta tecnología requiere 25 kg de un panel de 430 Wp de más de dos metros cuadrados de peso. Esto significa que los paneles están hechos de vidrio, lo que dificulta su transporte y los hace muy frágiles. En lugares remotos donde el transporte es limitado, el volumen, el peso y la fragilidad de los paneles solares convencionales obligan a los clientes a recurrir a generadores diésel.
El sector naval es un ejemplo de este desafío. Los paneles solares a menudo deben transportarse en embarcaciones pequeñas-con un espacio extremadamente limitado-a embarcaciones más grandes, como remolcadores. Los paneles de más de dos metros cuadrados son casi imposibles de transportar a menos que el barco esté atracado en un puerto. Sin embargo, los buques más grandes suelen tener grandes superficies libres que permanecen sin uso durante las horas de espera-precisamente el momento en que la generación solar podría desplazar el costoso consumo de combustible.
La solución Miura-Ori
El patrón Miura-Ori, que se puede plegar desde una gran área plana hasta un tamaño extremadamente compacto tirando o empujando una sola línea diagonal, ya ha encontrado aplicaciones en campos que van desde escudos policiales resistentes a las balas-hasta paneles solares desplegables para misiones espaciales. El equipo peruano adaptó este patrón para uso industrial terrestre, desarrollando prototipos a través de un proceso iterativo que comenzó con modelos de papel y cartón antes de avanzar a la integración de células solares.
Los paneles solares tradicionales tienen la limitación de que producen muy poca energía por unidad de superficie. Esto significa que se necesita mucho espacio para proporcionar una cantidad significativa de energía. Para los sectores naval y minero, este es un problema grave porque requieren enormes cantidades de energía y no siempre tienen espacio disponible para equipos solares.
Los paneles solares normales también son muy pesados y voluminosos. Actualmente, esta tecnología requiere 25 kg de un panel de 430 Wp de más de dos metros cuadrados de peso. Esto significa que los paneles están hechos de vidrio, lo que dificulta su transporte y los hace muy frágiles. En lugares remotos donde el transporte es limitado, el volumen, el peso y la fragilidad de los paneles solares convencionales obligan a los clientes a recurrir a generadores diésel.
Ingeniería para la durabilidad
El equipo de investigación abordó tres problemas críticos de durabilidad: células rotas por plegados y despliegues repetidos, flexibilidad de plegado suave y puentes eléctricos rotos a lo largo de las bisagras. Las conexiones eléctricas entre líneas de plegado son particularmente vulnerables, ya que deben soportar grandes tensiones de flexión debido al uso cíclico.
A través de pruebas exhaustivas de seis-prototipos de celdas con diferentes materiales y configuraciones de capas, los investigadores determinaron que un espesor total de 2,5 milímetros proporciona un equilibrio óptimo entre resistencia y flexibilidad. También identificaron que se deberían utilizar conectores trenzados para puentes eléctricos a lo largo de las bisagras, ya que demostraron ser capaces de soportar todas las tensiones de flexión, mientras que se deberían evitar las lengüetas de bus para las conexiones de bisagra.
El proceso de laminación en sí requería innovación. El equipo construyó una mesa de laminación personalizada calentada a 150 grados Celsius con resistencias eléctricas, sellando materiales al vacío para garantizar una presión uniforme y eliminar las bolsas de aire. El proceso de fabricación final utiliza etileno tetrafluoroetileno (ETFE) como capa protectora externa-particularmente valiosa en entornos marinos y mineros agresivos-con múltiples capas de etileno-acetato de vinilo (EVA) que sirven como adhesivos y encapsulantes para las células solares.
Validación del mundo real-
La verdadera prueba se produjo cuando el equipo transportó prototipos-a gran escala a un buque de guerra para su instalación. La ventaja del diseño plegable se hizo evidente de inmediato: una sola persona podía transportar fácilmente los paneles, plegarlos para transportarlos en un automóvil y luego transportarlos en un bote pequeño a un barco más grande sin necesidad de equipo especial.
Una vez a bordo, los paneles se montaron en un mecanismo simple y liviano que permite plegar y desplegar rápidamente, cumpliendo con las limitaciones de espacio y de infraestructura del barco. La fase de validación inicial, con dos paneles instalados en un buque de suministro, tiene como objetivo recopilar información sobre la eficacia del mecanismo de implementación e identificar posibles mejoras de fabricación.
Aplicaciones e implicaciones
Para las operaciones mineras-que normalmente se encuentran lejos de las ciudades y dependen de generadores diésel-las implicaciones son igualmente significativas. Las unidades móviles en sitios mineros remotos podrían desplegar paneles solares plegables durante los períodos de inactividad, reduciendo el consumo de combustible y las emisiones sin requerir infraestructura permanente.
El equipo de investigación señala que es necesaria una mayor validación en diversos entornos, particularmente en buques de guerra y unidades mineras móviles. Sin embargo, las aplicaciones potenciales se extienden mucho más allá de estos casos de uso iniciales. La naturaleza liviana, compacta y eficiente del panel solar Miura-Ori lo convierte en un candidato ideal para ubicaciones remotas, situaciones de emergencia y necesidades de energía renovable portátil en general.
Una tendencia más amplia
La creación realizada en Perú sigue la tendencia mundial de desarrollo de tecnologías solares flexibles. Los datos muestran que se espera que el mercado mundial de paneles solares flexibles se expanda de 2,84 millones de dólares en 2025 a 8,92 millones de dólares en 2033 a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) promedio del 15,3%. Actualmente, los paneles solares flexibles se utilizan ampliamente en campamentos militares, a bordo de embarcaciones marinas y en misiones de rescate, donde incluso el costo de instalación es más favorable en comparación con los costos de instalación de los paneles solares cristalinos.
Como señala el equipo de investigación, el desarrollo del primer prototipo del panel solar Miura-Ori es un gran paso adelante en la industria de las energías renovables. El diseño innovador del panel solar combina los principios del origami con la tecnología solar, que es muy prometedora para los sistemas de energía solar portátiles. La tecnología de plegar un panel solar como si fuera una hoja de papel realmente puede cambiar la situación tanto en el sector naval y minero del Perú como en el caso del suministro remoto de energía a escala global.
