En la búsqueda constante de fuentes de energía más eficientes y sostenibles, los científicos se han inspirado en el diseño natural de las hojas para desarrollar paneles solares que se enfrían por sí mismos utilizando agua, sin la necesidad de utilizar energía adicional. Este avance ha demostrado aumentar significativamente el rendimiento de los paneles solares.
La eficiencia de las hojas solares
Un grupo de ingenieros químicos del Imperial College de Londres ha desarrollado paneles solares que se mantienen frescos gracias a un sistema de enfriamiento pasivo, similar al proceso de transpiración de las plantas. Estos paneles solares, conocidos como hojas solares, pueden mantenerse hasta 26 °C más frescos cuando están expuestos a la luz solar directa en un día despejado. Este enfriamiento adicional aumenta la eficiencia de los paneles solares en un 16 por ciento, lo que significa una mayor conversión de energía solar en electricidad.
Además de su capacidad para mantenerse frescos, estos paneles solares también pueden capturar vapor de agua y producir agua dulce. Según las proyecciones del equipo de investigación, si se instalaran 5 teravatios de paneles solares con esta estructura similar a una hoja, se podrían producir más de 40 mil millones de metros cúbicos de agua dulce al año, aliviando significativamente la escasez de agua a nivel mundial.
El sistema de enfriamiento inspirado en las plantas
El sistema de enfriamiento de las hojas solares se basa en el proceso de transpiración de las plantas. Las plantas absorben agua del suelo a través de sus raíces y la transportan a través de sus estructuras tubulares hasta las hojas. En las hojas, el agua se evapora, lo que ayuda a regular la temperatura y a mantenerlas frescas.
Los ingenieros químicos han replicado este proceso en los paneles solares mediante la colocación de fibras de bambú en una malla de alambre de acero y recubriéndolas con un hidrogel absorbente de agua. Esta capa de 1 mm de grosor se adhiere a la parte posterior de un panel solar de 10 cm x 10 cm. Los extremos de las fibras de bambú se sumergen en un tanque de agua.
Las fibras de bambú actúan como venas, transportando el agua desde el tanque hasta el hidrogel, que la absorbe y la distribuye por toda la parte inferior de los paneles solares. Allí, el agua se evapora, llevándose el calor del panel solar. Los investigadores recolectan el vapor de agua utilizando una cámara de recolección ubicada debajo de la capa de transpiración.
En comparación con los paneles solares convencionales, los paneles solares con estructura similar a una hoja mostraron una eficiencia del 15 por ciento bajo la luz solar directa, mientras que los paneles solares convencionales tuvieron una eficiencia del 12 por ciento. Además de su mayor eficiencia, estos paneles solares también produjeron más de un litro de agua por hora.
Beneficios y perspectivas futuras
La estructura similar a una hoja de estos paneles solares tiene varias ventajas. En primer lugar, el sistema de enfriamiento pasivo no requiere el uso de energía adicional, lo que reduce los costos operativos y mejora la eficiencia general de los paneles solares. Además, la capacidad de producir agua dulce a partir del vapor de agua capturado es una solución prometedora para el problema de la escasez de agua en muchas partes del entorno.
Los materiales utilizados en la capa de transpiración son ampliamente disponibles, asequibles y respetuosos con el medio ambiente, lo que facilitaría su fabricación a gran escala y su competitividad en comparación con las tecnologías establecidas.
Los paneles solares con estructura similar a una hoja, inspirados en el diseño natural de las plantas, demuestran ser más eficientes que los paneles solares convencionales. Además de su capacidad para mantenerse frescos y aumentar la eficiencia de conversión de energía solar, también tienen el potencial de producir agua dulce, lo que podría ayudar a aliviar la escasez de agua a nivel mundial.
Fuente: Huang, G., Xu, J. & Markides, C.N. High-efficiency bio-inspired hybrid multi-generation photovoltaic leaf. Nat Commun, 202
Imagen: Estructura conceptual de una hoja fotovoltaica. ©Dr Gan Huang.