Fuente: Universidad Politécnica de Madrid

 

Desarrollar sistemas seguros de transmisión remota de energía y datos a través de fibra óptica de forma eficiente y veloz. Este objetivo, planteado para ofrecer una solución cuando las redes eléctricas o las comunicaciones 5G/6G se enfrentan a entornos adversos, es el que persigue un proyecto coordinado por Carlos Algora, catedrático de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación (ETSIT) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). La propuesta ha sido seleccionada por la Comunidad de Madrid en su última convocatoria para la financiación de proyectos sinérgicos de I+D, resuelta en el pasado mes de septiembre.

En el proyecto, que lleva por título “Telealimentación fotovoltaica por fibra óptica con eficiencia de conversión y velocidad de transmisión de datos récord”, participa el Grupo de Semiconductores III-V del Instituto de Energía Solar de la UPM, vinculado a la ETSIT, y el Grupo de Displays y Aplicaciones Fotónicas de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M). Fue uno de los cuatro proyectos en obtener la máxima calificación: 99 puntos sobre 100. Cabe también destacar que, de los 180 proyectos presentados, solo 16 van a ser finalmente financiados, de los que la UPM ha obtenido 3 como organismo coordinador.

Existen muchas situaciones en las que el uso directo de energía eléctrica para alimentar equipos y sistemas electrónicos está restringido. Las razones son diversas: entornos en los que se deben monitorear y controlar procesos bajo estrictas condiciones de seguridad por el peligro de incendios o explosiones (refinerías, minas, tanques de combustible en aplicaciones espaciales y aeronaves), riesgo de un mal funcionamiento de equipos eléctricos sensibles en áreas de alto ruido electromagnético (plantas nucleares) o necesidad de aislamiento galvánico (medida en líneas de alta tensión), entre otros ejemplos.

Existen muchas situaciones en las que el uso directo de energía eléctrica para alimentar equipos y sistemas electrónicos está restringido. Las razones son diversas: entornos en los que se deben monitorear y controlar procesos bajo estrictas condiciones de seguridad por el peligro de incendios o explosiones (refinerías, minas, tanques de combustible en aplicaciones espaciales y aeronaves), riesgo de un mal funcionamiento de equipos eléctricos sensibles en áreas de alto ruido electromagnético (plantas nucleares) o necesidad de aislamiento galvánico (medida en líneas de alta tensión), entre otros ejemplos.

Las áreas con este tipo de restricciones se denominan “regiones de exclusión”. Para ellas, la transferencia de energía óptica y su posterior conversión fotovoltaica en electricidad, esto es, la telealimentación fotovoltaica, constituye una solución. También es una opción que puede emplearse para el suministro remoto de energía a baterías recargables, como las utilizadas en dispositivos médicos implantables (por ejemplo, marcapasos y desfibriladores) o en detectores de presencia o de llama.

Un sistema de telealimentación fotovoltaica está compuesto de un emisor de luz (habitualmente un láser), un medio de transmisión (una fibra óptica en este caso) y un receptor de luz (que es un convertidor fotovoltaico). El emisor de luz transforma la energía eléctrica tomada de una región no problemática en energía luminosa y esta se envía a través de la fibra óptica (aprovechando el aislamiento eléctrico entre los extremos de la fibra y su inmunidad al ruido electromagnético) al convertidor fotovoltaico, que transforma la energía luminosa en electricidad para alimentar un equipo electrónico dentro de la región de exclusión.

Junto con la telealimentación fotovoltaica, el proyecto coordinado por la UPM integrará la transmisión de datos. Ello con el fin de facilitar comunicaciones de alta capacidad en zonas donde no exista una alimentación convencional o en instalaciones que hayan sufrido catástrofes naturales o atentados y requieran un emplazamiento temporal. Está previsto que la transmisión se apoye en la tecnología móvil de quinta generación (5G) y, con vistas al futuro, en la tecnología más allá de 5G (beyond 5G, B5G) y la sexta generación (6G).

El proyecto propone soluciones disruptivas para desarrollar sistemas seguros de transmisión remota de energía y datos a través de fibra óptica con eficiencias de conversión y velocidades de transmisión récord. Para ello se abordará el diseño y fabricación de los convertidores fotovoltaicos de luz láser con la mayor eficiencia fotovoltaica del mundo (superior a un 70%), como parte de sistemas de telealimentación únicos integrados en enlaces radio sobre fibra analógica con tasas de transmisión y envío de energía récord (300 vatios por gigabit por segundo por kilómetro, [W·Gbps·km]) en una única fibra multinúcleo.

Los retos planteados y las soluciones propuestas para lograr estos sistemas son enormemente multidisciplinares. Requieren conocimientos de dispositivos semiconductores, fotónica, electrónica y comunicaciones. Para ello, los investigadores del Grupo de Semiconductores III-V, que han logrado ya una eficiencia de conversión fotovoltaica del 66,5%, aunarán sus esfuerzos con los del Grupo de Displays y Aplicaciones Fotónicas de la UCM3, referencia mundial en la transmisión de datos por fibra óptica y liderado por la catedrática Carmen Vázquez.