El Laboratorio Nacional de Energía Renovable ( NREL ) en los EE. UU. se especializa en la investigación y el desarrollo de energía renovable , eficiencia energética , integración de sistemas de energía y transporte sostenible. [2] NREL es un centro de investigación y desarrollo financiado por el gobierno federal patrocinado por el Departamento de Energía y operado por la Alianza para la Energía Sostenible, una empresa conjunta entre MRIGlobal y Battelle . [3] Ubicado en Golden, Colorado , NREL alberga el Centro Nacional de Fotovoltaica, el Centro Nacional de Bioenergía y el Centro Nacional de Tecnología Eólica.
La Ley de Investigación, Desarrollo y Demostración de Energía Solar de 1974 estableció el Instituto de Investigación de Energía Solar, [4] que abrió en 1977 y fue operado por MRIGlobal . [5] [6] Bajo la administración de Jimmy Carter , sus actividades fueron más allá de la investigación y el desarrollo en energía solar, ya que intentó popularizar el conocimiento sobre tecnologías ya existentes, como la solar pasiva . Durante la administración de Ronald Reagan, el presupuesto del instituto se redujo en casi un 90%; muchos empleados fueron "reducidos en fuerza", y las actividades del instituto se redujeron a I+D. En septiembre de 1991, el instituto fue designado laboratorio nacional del Departamento de Energía de los EE. UU. por el presidente George HW Bush, y su nombre se cambió a Laboratorio Nacional de Energía Renovable.
El renovado interés en los problemas energéticos mejoró la posición del laboratorio, pero la financiación ha fluctuado a lo largo de los años. [7] En 2011, los déficits presupuestarios previstos por el Congreso llevaron a un programa de compra voluntaria para la reducción de entre 100 y 150 empleados, [8] y en 2015 los recortes presupuestarios llevaron a despidos de personal y más compras. [9]
Martin Keller se convirtió en el noveno director del NREL en noviembre de 2015, [10] y actualmente se desempeña como director del laboratorio y presidente de su contratista operativo, Alliance for Sustainable Energy, LLC. [11] Reemplazó a Dan Arvizu , quien se jubiló en septiembre de 2015 después de 10 años en esos roles. [12]
En el año fiscal 2020, las asignaciones del Congreso para el Departamento de Energía incluyeron 464,3 millones de dólares para el NREL. Este total incluía las siguientes cantidades para sus programas de tecnología de energía renovable: [14]
El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) participa en la transferencia de tecnología, trabajando con socios del sector privado para facilitar la aplicación de la investigación en energía renovable y tecnologías de eficiencia energética en entornos prácticos. [15]
En reconocimiento a sus esfuerzos en materia de innovación y transferencia de tecnología, el NREL ha recibido numerosos premios R&D 100. Estos premios reconocen los avances en la investigación científica con posibles aplicaciones en el mercado. [16] Además, el NREL ofrece un programa de acceso para usuarios externos. Este programa está diseñado para permitir que los investigadores externos al laboratorio utilicen el Centro de Integración de Sistemas Energéticos (ESIF), lo que les brinda la oportunidad de colaborar con el personal del NREL en el desarrollo y la evaluación de tecnologías energéticas. [17]
El objetivo de la investigación sobre energía fotovoltaica (PV) realizada en el NREL es disminuir "la dependencia del país de la electricidad generada con combustibles fósiles reduciendo el costo de la electricidad suministrada y mejorando la eficiencia de los módulos y sistemas fotovoltaicos ". [18]
La investigación fotovoltaica en el NREL se lleva a cabo bajo el control del Centro Nacional de Energía Fotovoltaica (NCPV). Una misión principal del NCPV es apoyar los esfuerzos en curso de la Iniciativa SunShot del DOE, que busca aumentar la disponibilidad de energía solar a un costo competitivo con otras fuentes de energía. El NCPV coordina su investigación y sus objetivos con investigadores de todo el país, incluido el Centro de Energía Cuántica y Tecnologías Solares Sostenibles (QESST) y el Consorcio de Energía Solar del Área de la Bahía. El NCPV también colabora con muchas universidades y otros socios de la industria. El NREL atrae a docenas de estudiantes anualmente a través del Programa Ultra-efectivo de la Universidad Solar y el Laboratorio Nacional (SUN UP), que se creó para facilitar las interacciones existentes y nuevas entre las universidades y el laboratorio. [19]
El laboratorio mantiene una serie de asociaciones de investigación para la investigación fotovoltaica. [20]
Algunas de las áreas de I+D de energía fotovoltaica incluyen las propiedades físicas de los paneles fotovoltaicos, el rendimiento y la confiabilidad de la energía fotovoltaica, la formación de uniones y la investigación de materiales fotoelectroquímicos. [21]
A través de esta investigación, NREL espera superar las tecnologías actuales en eficiencia y competitividad de costos y alcanzar el objetivo general de generar electricidad a $0,06/ kWh para sistemas fotovoltaicos conectados a la red . [ cita requerida ]
El NREL identifica los siguientes como pilares de su programa de I+D en energía fotovoltaica: la Asociación de Película Delgada y el Proyecto de I+D en Fabricación de Energía Fotovoltaica. [22]
El Programa de colaboración de películas delgadas del NREL coordina equipos nacionales de investigación de fabricantes, académicos y científicos del NREL sobre una variedad de temas relacionados con la energía fotovoltaica de película delgada. Las áreas de investigación del Programa de colaboración de películas delgadas incluyen silicio amorfo (a-Si), diseleniuro de cobre e indio (CuInSe2 o CIGS) y telururo de cadmio (CdTe), y confiabilidad de módulos. [23]
El Proyecto de Investigación y Desarrollo de Fabricación de Paneles Fotovoltaicos del NREL es una colaboración en curso entre el NREL y empresas de fabricación de paneles solares del sector privado. Comenzó en 1991 como el proyecto de Tecnología de Fabricación Fotovoltaica (PVMaT) y se amplió y cambió de nombre en 2001 debido a su éxito como proyecto. El objetivo general de la investigación realizada en el marco del Proyecto de Investigación y Desarrollo de Fabricación de Paneles Fotovoltaicos es ayudar a mantener una posición sólida en el mercado para las empresas solares estadounidenses mediante la investigación de formas de reducir los costos para los fabricantes y los clientes y mejorar el proceso de fabricación. Se estima que el proyecto ha ayudado a reducir el costo de fabricación de los paneles fotovoltaicos en más del 50%. [24]
Entre los logros del Proyecto de Investigación y Desarrollo de Fabricación de Energía Fotovoltaica se incluyen el desarrollo de un proceso de fabricación que aumenta la producción de módulos solares de silicio en un 8% sin aumentar los costos y el desarrollo de un nuevo proceso de recubrimiento de boro que reduce los costos solares en comparación con los procesos tradicionales. [24]
El NREL es capaz de proporcionar pruebas y evaluaciones a la industria fotovoltaica con instalaciones de prueba en interiores, exteriores y de campo. El NREL puede proporcionar pruebas de rendimiento a largo plazo, confiabilidad y fallas de componentes para sistemas fotovoltaicos. El NREL también tiene capacidades de prueba acelerada tanto de células fotovoltaicas como de componentes del sistema para identificar áreas de posible degradación y falla a largo plazo. [25] El grupo de Rendimiento de Dispositivos Fotovoltaicos del NREL puede medir el rendimiento de células y módulos fotovoltaicos con respecto a un conjunto de referencia estándar o personalizado. Esto permite que el NREL sirva como una instalación independiente para verificar el rendimiento del dispositivo. El NREL permite a los miembros de la industria probar y evaluar productos potenciales, con la esperanza de que esto conduzca a una tecnología más rentable y confiable. El objetivo general es ayudar a mejorar la confiabilidad en la industria fotovoltaica. [26]
El NREL también busca aumentar la conciencia pública sobre las tecnologías fotovoltaicas a través de sus servicios de implementación. El NREL proporciona una serie de publicaciones técnicas y no técnicas destinadas a ayudar a aumentar la conciencia y la comprensión de los consumidores sobre la energía solar fotovoltaica. Los científicos del NREL realizan investigaciones sobre los mercados energéticos y sobre cómo desarrollar el mercado de la energía solar. También realizan investigaciones y actividades de divulgación en el área de la energía fotovoltaica integrada en los edificios . El NREL también es un organizador y patrocinador activo del Decatlón Solar del Departamento de Energía . [27]
El NREL proporciona información sobre energía solar, más allá de los artículos científicos sobre las investigaciones realizadas en el laboratorio. El laboratorio proporciona publicaciones sobre recursos solares y manuales sobre diferentes aplicaciones de la tecnología solar, así como una serie de diferentes modelos y herramientas de recursos solares. El laboratorio también pone a disposición una serie de diferentes conjuntos de datos sobre recursos solares en su Centro de Datos de Recursos Renovables. [28]
El campus de NREL en Golden, Colorado , alberga varias instalaciones dedicadas a la investigación de la energía fotovoltaica y la biomasa. En la instalación de ciencia y tecnología, recientemente inaugurada, se realizan investigaciones sobre células solares, películas delgadas e investigación de nanoestructuras. La instalación de pruebas al aire libre de NREL permite a los investigadores probar y evaluar tecnologías fotovoltaicas en una variedad de condiciones, tanto en interiores como en exteriores. Los científicos de NREL trabajan en la instalación de pruebas al aire libre para desarrollar estándares para probar tecnologías fotovoltaicas. En la instalación de pruebas al aire libre, los investigadores de NREL calibran las células de referencia primarias para su uso en una variedad de aplicaciones. Uno de los edificios principales para la investigación fotovoltaica en NREL es la instalación de investigación de energía solar (SERF). Entre los ejemplos de investigación que se llevan a cabo en la SERF se incluyen la investigación de materiales semiconductores, la producción de prototipos de células solares y la medición y caracterización del rendimiento de las células y módulos solares. Además, el techo de la SERF puede albergar diez paneles fotovoltaicos para evaluar y analizar el rendimiento de los sistemas fotovoltaicos integrados en edificios comerciales. Además, en la SERF también se realizan I+D en materiales y dispositivos fotovoltaicos, medición y caracterización y pruebas de fiabilidad. [29] En el Laboratorio de Investigación de Radiación Solar, el NREL ha estado midiendo la radiación solar y los datos meteorológicos desde 1984. [29]
El Centro Nacional de Bioenergía (NBC) se creó en octubre de 2000. "El Centro Nacional de Bioenergía está compuesto por cuatro grupos técnicos y un líder técnico para el desarrollo de alianzas con la industria. El desarrollo de alianzas incluye el trabajo realizado en el NREL en virtud de Acuerdos de Investigación y Desarrollo Cooperativos (CRADA), Acuerdos de Servicios Técnicos (TSA), Acuerdos de Servicios Analíticos (ASA) e investigación por contrato de Trabajo para Otros (WFO) para los socios industriales del DOE". [30]
El objetivo principal de la investigación es convertir la biomasa en biocombustibles/intermedios bioquímicos a través de procesos bioquímicos y termoquímicos.
El Centro Nacional de Bioenergía está dividido actualmente en ciertas áreas tecnológicas y de investigación: [31]
Algunos de los proyectos actuales se encuentran en las siguientes áreas:
La Instalación de Investigación de Biorrefinería Integrada (IBRF, por sus siglas en inglés) alberga múltiples trenes de proceso a escala piloto para convertir biomasa en diversos combustibles líquidos a una velocidad de 450 a 900 kg (0,5 a 1 tonelada) por día de biomasa seca. Las operaciones de la unidad incluyen lavado y molienda de la materia prima, pretratamiento, hidrólisis enzimática, fermentación, destilación y separación sólido-líquido. El corazón de la Instalación de Usuarios Termoquímicos (TCUF, por sus siglas en inglés) es la Unidad de Desarrollo de Procesos Termoquímicos (TCPDU, por sus siglas en inglés) de 0,5 toneladas métricas por día, que puede funcionar en modo de pirólisis o gasificación. [32]
El NREL ha producido muchas tecnologías que impactan en la industria eólica a nivel global. El Centro Nacional de Tecnología Eólica (NWTC) es el hogar de 20 patentes y ha creado software como (FAST), un software de simulación que se utiliza para modelar turbinas eólicas. [33]
El NWTC está ubicado en el campus Flatirons del NREL, que se encuentra en la base de las colinas al sur de Boulder , Colorado. El campus incluye sitios de pruebas de campo, laboratorios de pruebas, áreas de trabajo industriales de gran altura, talleres de máquinas, laboratorios de electrónica e instrumentación y áreas de oficinas.
El NWTC también alberga la Instalación de Pruebas de Recursos Energéticos Distribuidos (DERTF) del NREL. La DERTF es un laboratorio de trabajo para pruebas de interconexión e integración de sistemas. Esta instalación incluye tecnologías de generación, almacenamiento e interconexión, así como equipos de sistemas de energía eléctrica capaces de simular un sistema eléctrico del mundo real. [34]
El centro es la primera instalación en los Estados Unidos con un sistema de prueba de interfaz de red controlable que tiene capacidades de simulación de fallas y permite a los fabricantes y operadores del sistema realizar las pruebas requeridas para la certificación en un entorno de laboratorio controlado. [35] Es el único sistema en el mundo que está completamente integrado con dos dinamómetros y tiene la capacidad de extender esa integración a turbinas en el campo y a una matriz de dispositivos de almacenamiento electrónicos y mecánicos, todos los cuales están ubicados en estrecha proximidad en el mismo sitio.
El NREL es pionero en la investigación de clase mundial que acelera el desarrollo de tecnologías y estrategias de movilidad sostenible para el transporte de pasajeros y mercancías, con el foco puesto en la descarbonización del sector del transporte y la lucha contra el cambio climático. El NREL, único laboratorio nacional dedicado exclusivamente a la eficiencia energética y la energía renovable, ayuda a sus socios industriales a crear componentes, combustibles, infraestructura y sistemas integrados innovadores para vehículos eléctricos de batería, de pilas de combustible y otros vehículos de carretera, todoterreno y no de carretera que funcionan con combustibles alternativos, incluidas tecnologías emergentes para aplicaciones de aviación, ferrocarril y marinas.
Las herramientas integradas de análisis y modelado de NREL ayudan a superar las barreras técnicas y acelerar el desarrollo de tecnologías y sistemas de transporte avanzados que maximizan el ahorro de energía y el rendimiento en la carretera.
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El Internet de las cosas (IoT) es un concepto revolucionario que interconecta objetos y dispositivos cotidianos a través de Internet. Al incorporar sensores y capacidades de comunicación en estas entidades físicas, el IoT permite la recopilación de datos, el análisis y la comunicación en tiempo real, lo que marca el comienzo de una nueva era de eficiencia, automatización y experiencias de usuario mejoradas.
39°44′26″N 105°09′21″O / 39.740576°N 105.155855°W / 39.740576; -105.155855