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La búsqueda de soluciones para mejorar el aprovechamiento de las energías renovables ha dado un nuevo paso gracias a un avance desarrollado en Sevilla. Un equipo de científicas ha conseguido transformar una célula solar convencional en un sistema híbrido capaz de producir electricidad no solo cuando recibe radiación solar, sino también durante los episodios de lluvia.
El hallazgo supone una nueva vía para reducir una de las limitaciones tradicionales de los paneles solares que proporcionan la energía fotovoltaica: la disminución de producción energética cuando el cielo se nubla o las condiciones meteorológicas dejan de ser favorables para la captación solar.
La investigación ha sido realizada en el Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMS), centro dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y de la Universidad de Sevilla. Los resultados del trabajo han sido publicados en la prestigiosa revista científica Science.
Una película ultrafina con múltiples capacidades para crear nuevos y actualizados paneles solares
El proyecto ha contado con la participación destacada de las investigadoras Ana Isabel Borrás y Carmen López-Santos, entre otros especialistas del centro sevillano. Su propuesta consiste en una película extremadamente fina, con un grosor aproximado de 100 nanómetros, una dimensión muy inferior a la de un cabello humano.
Esta lámina se incorpora sobre células solares de perovskita, una tecnología que en los últimos años ha despertado un enorme interés dentro del sector energético debido a su elevada eficiencia y a sus menores costes de producción frente a los paneles solares de silicio convencionales.
Aunque pueda parecer una simple capa protectora, la nueva película desempeña cuatro funciones distintas que permiten mejorar el rendimiento global del sistema.
La primera misión de la lámina es proteger las células solares frente a la humedad. Las células de perovskita destacan por su capacidad para convertir la luz solar en electricidad con gran eficiencia, pero presentan una importante debilidad: son especialmente vulnerables a la lluvia, la condensación y los cambios bruscos de temperatura.
Gracias a esta cubierta desarrollada mediante tecnología de plasma al vacío, los investigadores han conseguido crear una barrera que ayuda a preservar la integridad de estos materiales sensibles.
Además, la película contribuye a incrementar la captación de luz. Sus propiedades ópticas reducen los reflejos sobre la superficie de los paneles solares, permitiendo que una mayor cantidad de radiación solar alcance la célula fotovoltaica y, por tanto, aumentando su capacidad de generación energética.
La lluvia también puede convertirse en electricidad
La característica más innovadora del desarrollo de los paneles solares es su capacidad para aprovechar la energía de las precipitaciones. Para ello, los investigadores recurren a un fenómeno físico conocido como triboelectricidad.
Este efecto se produce cuando dos materiales diferentes entran en contacto y generan una carga eléctrica. Fernando Núñez-Gálvez, investigador del ICMS y autor principal del estudio, compara este fenómeno con la electricidad estática que puede experimentarse al deslizarse por un tobogán y observar cómo el cabello se eriza debido a la acumulación de carga.
En el sistema diseñado en Sevilla, el contacto se produce entre las gotas de agua y la superficie recubierta de la célula solar. Cada impacto genera una pequeña carga eléctrica que es recogida mediante una red de electrodos integrada en el dispositivo.
Los ensayos realizados en laboratorio han demostrado que una sola gota de lluvia puede llegar a producir tensiones de hasta 110 voltios, aunque con intensidades reducidas. Pese a ello, la energía generada resulta suficiente para alimentar sensores, sistemas de monitorización, pequeños circuitos electrónicos o dispositivos vinculados al Internet de las Cosas (IoT).
Un sistema que también funciona como sensor ambiental
Además de producir electricidad, la tecnología ha mostrado una capacidad adicional que sorprendió a los propios investigadores durante las pruebas.
El comportamiento eléctrico del sistema cambia según el tipo de agua que entra en contacto con la superficie. Los científicos comprobaron que las señales obtenidas son diferentes cuando las gotas proceden de agua de lluvia, agua destilada o agua salada.
Esta particularidad abre nuevas posibilidades para convertir los paneles solares en auténticos sensores ambientales distribuidos. De esta forma, podrían recopilar información relacionada con las precipitaciones, la humedad o las condiciones atmosféricas sin necesidad de instalar equipos específicos para esas tareas.
Aplicaciones para ciudades inteligentes y monitorización remota
Las posibles aplicaciones de esta tecnología para los paneles solares son numerosas, especialmente en aquellos entornos donde se requieren pequeñas cantidades de energía de forma continua durante largos periodos.
Entre los ámbitos que podrían beneficiarse de este avance se encuentran las estaciones meteorológicas, los sistemas de agricultura de precisión, los sensores ambientales, las redes de ciudades inteligentes y los mecanismos de vigilancia estructural de puentes y edificios.
También podría resultar útil en infraestructuras situadas en lugares remotos o en instalaciones marinas y costeras, donde la sustitución de baterías o el mantenimiento frecuente supone un importante coste operativo.
Al combinar la energía procedente del sol y de la lluvia, estos dispositivos ganarían autonomía y reducirían su dependencia de fuentes energéticas convencionales.
El siguiente paso: probar la tecnología fuera del laboratorio
Pese al potencial mostrado por los resultados obtenidos, los responsables del proyecto recuerdan que todavía se trata de una tecnología en fase experimental.
Hasta ahora, las pruebas se han llevado a cabo en condiciones controladas de laboratorio. El reto inmediato consiste en aumentar la escala de fabricación y evaluar el comportamiento de los dispositivos en entornos reales, sometidos a distintas condiciones meteorológicas.
La investigación se enmarca dentro de iniciativas europeas y nacionales como el proyecto 3DScavengers, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, y el programa Drop Ener, respaldado por el Ministerio de Ciencia.
El objetivo a largo plazo es desarrollar paneles solares capaces de captar energía procedente de varias fuentes ambientales de forma simultánea. En un país como España, donde la energía solar continuará desempeñando un papel estratégico durante las próximas décadas, la posibilidad de seguir generando electricidad incluso durante la lluvia representa una propuesta innovadora que podría ampliar considerablemente las posibilidades de las energías renovables.
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