Células solares en 3D duplican la producción energética de los paneles

Una nueva etapa en el desarrollo de la energía solar podría ser protagonizada por el aprovechamiento de células solares fotovoltaicas con diseño 3D, una innovación que permite obtener más del doble de la producción energética conseguida con los dispositivos planos utilizados en la actualidad. El avance ha sido realizado por un grupo de ingenieros e investigadores del MIT.

Hasta el momento, la investigación intensiva en todo el mundo relacionada con la energía solar se ha centrado mayormente en mejorar el rendimiento de las células solares fotovoltaicas y en disminuir su coste. Sin embargo, se ha prestado muy poca atención a la optimización de las formas de organización y diseño de las células solares, que normalmente presentan formas planas.

Pero un equipo de ingenieros e investigadores del MIT ha partido de un enfoque muy diferente, y ha desarrollado células solares con configuraciones tridimensionales, con disposición cúbica o en forma de torres. Sorprendentemente, los resultados de las estructuras que se han probado muestran una potencia de salida que puede ser hasta 20 veces mayor que la obtenida con los paneles planos.

Asimismo, la producción energética por área logra como mínimo duplicarse, si se la compara con la generada en los paneles tradicionales, con cifras que superan estos indicadores. El avance ha sido difundido a través de una nota de prensa del MIT, y también en un artículo publicado en el medio especializado Energy and Environmental Science.

Modelos informáticos y pruebas experimentales

Los mayores incrementos en el potencial energético de las células solares se advirtieron en aquellas situaciones donde precisamente las mejoras son más necesarias: en lugares alejados de la línea ecuatorial, en los meses de invierno y en días nublados. Los resultados que dan sustento a esta investigación están basados en modelos informáticos y pruebas de los módulos reales al aire libre.

Según Jeffrey Grossman, líder del grupo de trabajo del MIT, el nuevo concepto podría convertirse en un sector primordial de desarrollo dentro del futuro de la energía solar fotovoltaica. En principio, los ingenieros e investigadores utilizaron un algoritmo informático para explorar una enorme variedad de configuraciones posibles para los paneles y células solares.

De esta forma se creó un software analítico, capaz de probar cualquier configuración dada en virtud de una amplia gama de parámetros, como por ejemplo la latitud geográfica, las estaciones del año o el clima imperante en el lugar donde se operarían las células solares.

Posteriormente, para confirmar las predicciones del modelo informático, se construyeron y probaron tres diferentes disposiciones de las células solares, ubicándolas en el techo de un edificio de laboratorios del MIT durante varias semanas. Es así que se lograron combinar los resultados obtenidos con los modelos teóricos y los alcanzados en la fase experimental.

Costes y rentabilidad: el desafío

Aunque el coste de la energía generada por estos módulos 3D es mayor que el registrado en la producción energética de los paneles planos convencionales, el gasto se lograría equilibrar gracias al incremento en la generación de energía por área utilizada, además de la obtención de una potencia de salida mucho más uniforme, tanto a lo largo del día como en las diferentes estaciones del año o frente a variaciones climáticas.

Al mismo tiempo, al obtener una potencia de salida más predecible y uniforme, la integración con la red eléctrica de los paneles solares sería mucho más sencilla que la obtenida actualmente con los sistemas convencionales. La razón básica para la mejora en la producción de energía es que las superficies de las estructuras 3D pueden recoger en mayor medida la luz solar en los momentos más complejos, como por ejemplo en las tardes o durante el invierno.

Según los especialistas, este tipo de innovaciones presenta actualmente un escenario favorable, ya que las células solares se han vuelto más económicas que las propias estructuras de soporte y cableado y que los procesos de instalación. A medida que el coste de las células continúe disminuyendo más rápidamente que los restantes procesos, las ventajas de los sistemas 3D se incrementarán en la misma magnitud.

En la actualidad, hasta un 65% del coste de la energía solar fotovoltaica está asociado a la instalación de los sistemas, el permiso para el uso de la tierra y otros componentes y estructuras, además de las propias células. Las opciones de diseño 3D en los dispositivos fotovoltaicos podrían proporcionar beneficios significativos en términos de captación de la luz solar en diferentes ángulos. El reto, sin embargo, es llegar a producir en masa estos elementos de una manera rentable.