Richard Lunt, uno de los responsables de este estudio. Fuente: MIT
Las ventanas funcionan como puntos de entrada de luz natural al interior de una estancia y también como sistemas de ventilación, de ahí su origen etimológico.
El avance de la tecnología permitirá, además, que las ventanas puedan cumplir una nueva función: acumular energía en forma de calor, como los paneles solares y, posteriormente, transformar esa energía en calor o en electricidad. Diferentes estudios y proyectos de investigación han conseguido diseñar y crear ventanas solares, pero hasta ahora los materiales empleados impedían el paso de la luz y, por tanto, su utilidad no era práctica.
Ingenieros del Massachussett Institute of Technology (MIT) han dado un paso adelante en esta dirección, y han desarrollado un nuevo sistema más eficiente.
Concretamente, explica el MIT en un comunicado, este sistema aprovecha el 1,7% de la radiación solar, al mismo tiempo que deja pasar una mayor cantidad de luz porque está fabricado con materiales transparentes.
Uso de moléculas orgánicas
La clave de esta tecnología es una célula fotovoltaica basada en moléculas orgánicas que aprovechan la energía de la luz infrarroja procedente del Sol, y a la vez permiten que la luz pase a través del cristal e ilumine de forma natural el interior de las habitaciones.
De esta forma, este prototipo de ventana puede proporcionar energía para el suministro de las luces y otros dispositivos eléctricos del hogar o la oficina. Su instalación, además, sería de bajo coste, ya que el sistema permite el aprovechamiento de las infraestructuras típicas de las instalaciones de ventanas en hogares y otros edificios.
Los responsables de este sistema fotovoltaico transparente son Richard Lunt, investigador postdoctoral del Laboratorio de Investigación de Electrónica y Vladimir Bulovic, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación.
El avance de la tecnología permitirá, además, que las ventanas puedan cumplir una nueva función: acumular energía en forma de calor, como los paneles solares y, posteriormente, transformar esa energía en calor o en electricidad. Diferentes estudios y proyectos de investigación han conseguido diseñar y crear ventanas solares, pero hasta ahora los materiales empleados impedían el paso de la luz y, por tanto, su utilidad no era práctica.
Ingenieros del Massachussett Institute of Technology (MIT) han dado un paso adelante en esta dirección, y han desarrollado un nuevo sistema más eficiente.
Concretamente, explica el MIT en un comunicado, este sistema aprovecha el 1,7% de la radiación solar, al mismo tiempo que deja pasar una mayor cantidad de luz porque está fabricado con materiales transparentes.
Uso de moléculas orgánicas
La clave de esta tecnología es una célula fotovoltaica basada en moléculas orgánicas que aprovechan la energía de la luz infrarroja procedente del Sol, y a la vez permiten que la luz pase a través del cristal e ilumine de forma natural el interior de las habitaciones.
De esta forma, este prototipo de ventana puede proporcionar energía para el suministro de las luces y otros dispositivos eléctricos del hogar o la oficina. Su instalación, además, sería de bajo coste, ya que el sistema permite el aprovechamiento de las infraestructuras típicas de las instalaciones de ventanas en hogares y otros edificios.
Los responsables de este sistema fotovoltaico transparente son Richard Lunt, investigador postdoctoral del Laboratorio de Investigación de Electrónica y Vladimir Bulovic, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación.
Prototipo de célula solar transparente creada por Lunt y Bulovic, ubicado en un panel promocional del 150 aniversario del MIT. Fuente: Geoffrey Supran.
”Actualmente, la mitad del coste de un sistema de energía solar proviene de los gastos de instalación y otra mitad se destina a costear el vidrio y los componentes estructurales de los paneles. Con este nuevo sistema, muchos de los costos asociados se podrían eliminar”, apunta Bulovic en el comunicado del MIT.
En un artículo publicado en la revista Applied Physics Letters, Lunt y Bulovic detallan los aspectos esenciales del proyecto: “Hemos fabricado células orgánicas fotovoltaicas que absorben rayos infrarrojos y que son altamente transparentes a la luz solar.
Esta arquitectura abre nuevas posibilidades en el campo de la generación de la energía, concretamente de ventanas de alta eficiencia energética, y pone de relieve una iniciativa única que se beneficia de la electrónica excitónica”.
Experiencias previas
Han existido intentos anteriores al sistema ideado por Lunt y Bulovic. Uno de estos trabajos, realizados también por investigadores del MIT, concretamente dirigidos por Marc A. Baldo, consistió en la creación de un concentrador solar.
Tal y como publicó Science al respecto, este concentrador solar se realizó mezclando dos o más tintes, e impregnando con ellos un panel de vidrio o plástico. “Los tintes trabajan juntos para absorber la luz a través de una gama de longitudes de onda que luego se vuelven a emitir en una longitud de onda diferente y se transporta a través de las celdas solares”, explicaron los investigadores.
En la década de los 70, se desarrollaron concentradores solares similares a los descritos por Baldo y su equipo, pero entonces, este sistema no prosperó porque, entre otras cosas, la cantidad de luz almacenada no llegaba a los bordes del concentrador debido a la pérdida de gran parte de la energía en los procesos de transporte.
“La luz se recoge en un área grande –como una ventana- y se concentra en los bordes", explicaba Baldo. De esta forma, en lugar de cubrir un techo con dispositivos semiconductores de un coste elevado que transforman la luz solar en electricidad, “las únicas células fotovoltaicas estarían ubicadas en los bordes de un panel de vidrio plano”, apuntaba el responsable de la investigación.
Sin embargo, estas células solares transparentes tenían muy baja eficiencia, lo que supone que menos del 1% de la radiación solar se convierte en electricidad. Otro inconveniente de estos estudios previos estaba en el bloqueo del paso de luz natural.
Eficiencia y transparencia
Por su parte, los investigadores del MIT han sido capaces de encontrar una formulación química específica para sus células que, cuando se combina con revestimientos parcialmente infrarrojos reflectantes, da a ambos una gran transparencia de luz visible y la eficiencia es mucho mejor que las versiones anteriores.
”El trabajo se encuentra todavía en una fase muy temprana”, afirma Bulovic. Hasta ahora, han logrado una eficiencia del 1,7% en el prototipo de celdas solares, pero esperan llegar a aprovechar un 12%, porcentaje comparable con el de los actuales paneles solares comerciales. "Será un desafío llegar hasta ese punto", augura Lunt, "pero es una cuestión de ingeniería excitónica, que requiere la optimización de la composición y la configuración de los materiales fotovoltaicos”.
Aplicaciones futuras
Los investigadores esperan que la tecnología pueda convertirse en un producto comercial práctico dentro de una década, tras avanzar en el desarrollo de este sistema y ahondar en los trabajos de fabricación.
“Además de ser adecuado para el revestimiento del vidrio de nuevas ventanas, el material también podría servir para laminar las ventanas existentes”, comenta Lunt.
En esta misma línea, Bulovic sostiene que “el uso de las superficies acristaladas de los edificios podría ofrecer más energía solar que la de los paneles solares tradicionales. A primera hora de la mañana y cuando cae la tarde, los laterales de los edificios de las grandes ciudades reciben mucha luz solar y podrían producir una cantidad significativa de energía”.
Tecnología ‘verde’
El proceso de fabricación de las células solares ideadas por los investigadores del MIT no requiere el uso intensivo de energía que se utiliza para crear las células solares de silicio. “Nuestro sistema mantiene los cristales a temperatura ambiente”, señala Bulovic.
Además, también podría bloquear en mayor medida el calor que entra por las ventanas, reduciendo así potencialmente la necesidad de encender el aire acondicionado dentro de un edificio.
Conscientes de que este nuevo sistema no será la solución definitiva a todas las necesidades energéticas actuales, Bulovic reconoce que es parte de "una familia de soluciones" que permitirá producir energía limpia, sin emisiones de gases de efecto invernadero.
En un artículo publicado en la revista Applied Physics Letters, Lunt y Bulovic detallan los aspectos esenciales del proyecto: “Hemos fabricado células orgánicas fotovoltaicas que absorben rayos infrarrojos y que son altamente transparentes a la luz solar.
Esta arquitectura abre nuevas posibilidades en el campo de la generación de la energía, concretamente de ventanas de alta eficiencia energética, y pone de relieve una iniciativa única que se beneficia de la electrónica excitónica”.
Experiencias previas
Han existido intentos anteriores al sistema ideado por Lunt y Bulovic. Uno de estos trabajos, realizados también por investigadores del MIT, concretamente dirigidos por Marc A. Baldo, consistió en la creación de un concentrador solar.
Tal y como publicó Science al respecto, este concentrador solar se realizó mezclando dos o más tintes, e impregnando con ellos un panel de vidrio o plástico. “Los tintes trabajan juntos para absorber la luz a través de una gama de longitudes de onda que luego se vuelven a emitir en una longitud de onda diferente y se transporta a través de las celdas solares”, explicaron los investigadores.
En la década de los 70, se desarrollaron concentradores solares similares a los descritos por Baldo y su equipo, pero entonces, este sistema no prosperó porque, entre otras cosas, la cantidad de luz almacenada no llegaba a los bordes del concentrador debido a la pérdida de gran parte de la energía en los procesos de transporte.
“La luz se recoge en un área grande –como una ventana- y se concentra en los bordes", explicaba Baldo. De esta forma, en lugar de cubrir un techo con dispositivos semiconductores de un coste elevado que transforman la luz solar en electricidad, “las únicas células fotovoltaicas estarían ubicadas en los bordes de un panel de vidrio plano”, apuntaba el responsable de la investigación.
Sin embargo, estas células solares transparentes tenían muy baja eficiencia, lo que supone que menos del 1% de la radiación solar se convierte en electricidad. Otro inconveniente de estos estudios previos estaba en el bloqueo del paso de luz natural.
Eficiencia y transparencia
Por su parte, los investigadores del MIT han sido capaces de encontrar una formulación química específica para sus células que, cuando se combina con revestimientos parcialmente infrarrojos reflectantes, da a ambos una gran transparencia de luz visible y la eficiencia es mucho mejor que las versiones anteriores.
”El trabajo se encuentra todavía en una fase muy temprana”, afirma Bulovic. Hasta ahora, han logrado una eficiencia del 1,7% en el prototipo de celdas solares, pero esperan llegar a aprovechar un 12%, porcentaje comparable con el de los actuales paneles solares comerciales. "Será un desafío llegar hasta ese punto", augura Lunt, "pero es una cuestión de ingeniería excitónica, que requiere la optimización de la composición y la configuración de los materiales fotovoltaicos”.
Aplicaciones futuras
Los investigadores esperan que la tecnología pueda convertirse en un producto comercial práctico dentro de una década, tras avanzar en el desarrollo de este sistema y ahondar en los trabajos de fabricación.
“Además de ser adecuado para el revestimiento del vidrio de nuevas ventanas, el material también podría servir para laminar las ventanas existentes”, comenta Lunt.
En esta misma línea, Bulovic sostiene que “el uso de las superficies acristaladas de los edificios podría ofrecer más energía solar que la de los paneles solares tradicionales. A primera hora de la mañana y cuando cae la tarde, los laterales de los edificios de las grandes ciudades reciben mucha luz solar y podrían producir una cantidad significativa de energía”.
Tecnología ‘verde’
El proceso de fabricación de las células solares ideadas por los investigadores del MIT no requiere el uso intensivo de energía que se utiliza para crear las células solares de silicio. “Nuestro sistema mantiene los cristales a temperatura ambiente”, señala Bulovic.
Además, también podría bloquear en mayor medida el calor que entra por las ventanas, reduciendo así potencialmente la necesidad de encender el aire acondicionado dentro de un edificio.
Conscientes de que este nuevo sistema no será la solución definitiva a todas las necesidades energéticas actuales, Bulovic reconoce que es parte de "una familia de soluciones" que permitirá producir energía limpia, sin emisiones de gases de efecto invernadero.