La tecnología solar sigue avanzando a pasos agigantados, especialmente con un reciente avance en el entorno de las ventanas solares. ¿Ventanas solares?
Sí, ventanas solares. Científicos en Suiza han establecido un nuevo récord de eficiencia para los paneles solares transparentes. Estos paneles ya se están utilizando como ventanas en varios proyectos y algún día podrían servir como ventanas en tu hogar, oficina e incluso en tu automóvil.
- ¿Es posible que los paneles solares también sean ventanas?
- Un avance en paneles solares transparentes en el Instituto Federal Suizo de Tecnología Lausana
- Cómo pueden funcionar estos paneles solares como ventanas
- ¿Cuándo estarán disponibles estos paneles solares para uso público?
- Cómo esta innovación en paneles solares puede ayudar a la transición hacia emisiones netas cero
- Por qué nuestro futuro depende de innovaciones como estas para un uso energético sostenible a largo plazo
¿Es posible que los paneles solares también sean ventanas?
Aunque la primera generación de tecnología de paneles solares ha avanzado mucho, tiene sus limitaciones. Una de esas limitaciones es su incapacidad para ser utilizada como ventanas. Los paneles solares tradicionales funcionan absorbiendo todo el espectro solar, lo que los hace parecer negros. También están compuestos por varias capas de materiales que reducen aún más su capacidad para transmitir luz.
¿Cómo funcionan los paneles solares?
Los materiales que componen los paneles solares tradicionales típicamente incluyen:
- Capa superior de tiras conductoras de metal
- Capa de recubrimiento antirreflectante
- Dos capas de silicio
- Base de metal
Las dos capas de silicio actúan como semiconductores, que generan una corriente eléctrica cuando se calientan con la luz solar. Cada célula tiene semiconductores de tipo p y de tipo n, o aquellos que tienen carga positiva y aquellos que tienen carga negativa.
Los semiconductores de tipo n tienen electrones adicionales.
Los semiconductores de tipo p carecen de electrones.
Los paneles generan electricidad a través del movimiento de los electrones:
- Los electrones adicionales de los semiconductores de tipo n se transfieren para llenar los espacios en los conductores de tipo p. Se crea un equilibrio.
- La luz solar interrumpe el equilibrio, con la energía luminosa desalojando los electrones adicionales que fueron a los conductores de tipo p.
- Los electrones adicionales de los conductores de tipo n se mueven para llenar los nuevos espacios que se acaban de crear.
- Mientras el sol siga brillando sobre los paneles, el proceso se repite millones de veces por segundo.
- Los electrones desalojados se dirigen hacia un camino, que es la corriente eléctrica.
Un avance en paneles solares transparentes en el Instituto Federal Suizo de Tecnología Lausana
Los paneles solares transparentes forman parte de la segunda generación de tecnología de células solares. Aunque la electricidad aún se genera a través del movimiento de electrones, se utiliza diferentes materiales. También se utiliza a través de células solares que capturan solo parte del espectro solar, permitiendo que pase la luz visible.
Oficialmente conocidas como células solares sensibilizadas por colorante (DSC, por sus siglas en inglés), estas células transparentes fueron inventadas en 1991 en la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) de Suiza. El profesor Michael Grätzel y el Dr. Brian O'Regan son los responsables de esta invención, por lo que las DSC también son conocidas como células Grätzel (GCell).
Las primeras versiones de las DSC necesitaban luz solar directa para funcionar correctamente y también producían mucha menos electricidad que los paneles solares tradicionales. Los paneles solares tradicionales tienen una eficiencia promedio del 20%, lo que significa que convierten el 20% de la energía solar que absorben en energía utilizable. Las DSC alcanzaron un récord máximo del 12% en 201
El último avance del equipo de la EPFL cambia todo eso. Las DSC actualizadas tienen una eficiencia del 30% en condiciones de luz ambiente y del 15% en luz solar directa. También pueden funcionar con cualquier tipo de luz visible, ya sea natural, artificial, en interiores o exteriores.
Además de su transparencia, las DSC son beneficiosas por su flexibilidad, su costo relativamente bajo y su amplia gama de opciones de color.
Cómo pueden funcionar estos paneles solares como ventanas
El ingrediente mágico en las células solares sensibilizadas por colorante es el colorante, que crea electricidad una vez expuesto a la luz.
- Se aplica colorante a los paneles solares.
- Cuando la luz golpea el colorante, el colorante captura los fotones de la luz.
- La energía de los fotones se utiliza para excitar electrones, algo que la clorofila hace en la fotosíntesis. Cuando un electrón está excitado, significa que tiene un nivel de energía más alto que su estado base habitual.
- El electrón excitado se inyecta en un pigmento blanco llamado dióxido de titanio, un pigmento común que se encuentra en la pintura blanca.
- El electrón es luego alejado del dióxido de titanio por una forma cristalizada de dióxido de titanio llamada dióxido de titanio nanocristalino.
- Un electrolito en las células cierra el circuito, lo que hace que los electrones regresen al colorante.
- El movimiento de los electrones es lo que produce la energía, que luego podemos aprovechar en baterías recargables u otros dispositivos electrónicos de nuestra elección.
El SwissTech Convention Center fue el primer edificio público en utilizar DSCs, y ha tenido paneles solares transparentes de color amarillo y naranja desde 201
La Copenhagen International School se subió al carro de las DSCs en 2017, presentando un nuevo edificio cubierto de paneles solares transparentes de color azul. El edificio está equipado con 12,000 paneles, que pueden proporcionar aproximadamente 300 megavatios-hora de electricidad cada año, lo cual es más de la mitad de la cantidad de energía que utiliza la escuela.
Las versiones más ligeras de las DSCs ya se están vendiendo a gran escala para uso comercial y para alimentar dispositivos portátiles. Funcionan para artículos más pequeños, como auriculares, y también pueden utilizar la luz ambiente para alimentar componentes de Internet de las cosas (IoT, por sus siglas en inglés).
¿Cuándo estarán disponibles estos paneles solares para uso público?
Con los últimos avances que hacen que las DSCs sean más eficientes, es posible que no falte mucho para que estos paneles solares estén disponibles para uso público. Pero nadie puede decir exactamente cuándo.
Varias empresas están avanzando en esa dirección:
- EnergyGlass produce un sistema de vidrio que genera energía a partir de cualquier fuente de luz. Parece que trabajan en proyectos de construcción a gran escala, integrando el sistema en los diseños de ventanas de los edificios para generar electricidad.
- SolarWindow crea recubrimientos líquidos ultraligeros que se pueden aplicar a vidrio y plásticos para generar electricidad. Ofrecen oportunidades de colaboración, pero aún no hay productos disponibles para el público en general.
- Ubiquitous Energy produce un recubrimiento de película generadora de energía diseñado para absorber la luz infrarroja y ultravioleta mientras permite que pase la luz visible. Aún no están disponibles para el público, y la compañía señala que los venderá a través de fabricantes de ventanas.
Cómo esta innovación en paneles solares puede ayudar a la transición hacia emisiones netas cero
Los paneles solares transparentes tienen un potencial fenomenal. Si bien podrían ser excelentes para uso personal en tu hogar o automóvil, podrían ser absolutamente asombrosos si se utilizan en rascacielos de todo el entorno.
Cada edificio alto con ventanas podría convertirse en una verdadera granja solar. Un equipo de energía solar en la Universidad Estatal de Michigan predijo que la tecnología solar transparente podría generar aproximadamente el 40% de la energía necesaria en todo Estados Unidos.
Si luego se combinan los paneles solares transparentes con paneles en los techos, es posible que las tecnologías solares puedan generar suficiente energía para satisfacer el 100% de la demanda.
Por qué nuestro futuro depende de innovaciones como estas para un uso energético sostenible a largo plazo
La demanda de energía continúa aumentando, pero los recursos no renovables no. El petróleo, el carbón y otros combustibles tradicionales eventualmente se agotarán. Además, estos combustibles tradicionales generan emisiones que causan contaminación, erosionando aún más la salud general de la Tierra.
A diferencia de los combustibles fósiles, la energía solar es renovable y sostenible. Durará tanto como el sol. También es una forma limpia de producir energía, sin las emisiones y la contaminación asociadas con los recursos tradicionales.
Al igual que el último avance en las DSCs, las tecnologías solares continúan avanzando y mejorando. La producción solar global en 2004 fue de 6 gigavatios (GW), suficiente para satisfacer apenas el 0.01% de la demanda energética mundial. Para 2015, la producción solar global alcanzó los 302 GW, capaz de satisfacer el 8% de la demanda mundial.
Una predicción de 2014 de la Agencia Internacional de Energía dice que el 27% de la energía mundial podría generarse mediante energía solar para 2050.
Si la segunda generación de tecnología de células solares ya nos ha traído paneles transparentes que se pueden utilizar como ventanas, es emocionante pensar en los avances que pueden venir a continuación (como los científicos de Stanford que recientemente han avanzado en paneles solares que funcionan de noche).
La tercera generación de energía solar es lo que nos espera en el futuro y, si las innovaciones continúan con el mismo nivel de creatividad y éxito, promete ser más brillante que nunca.