¿Cómo generan energía los paneles solares?
Estas nuevas fuentes de energía barata y pequeña pueden servir para alimentar nuestra creciente cantidad de dispositivos electrónicos
Uno de los grandes desafíos del mundo moderno mirando hacia el futuro es la creciente demanda de fuentes de energía barata y pequeña para alimentar todos nuestros dispositivos electrónicos, los sistemas de iluminación, los electrodomésticos y otros objetos cotidianos interconectados a la web.
Recargar todos esos aparatos cuesta. Reemplazar las costosas baterías que los activan, también.
Los sistemas de generación de energía renovable, particularmente los paneles solares, han sido efectivos complementando el abastecimiento eléctrico, pero tienen sus limitaciones: una, cuando nos movemos a un espacio interior, lejos de los rayos solares y, la otra, cuando es de noche.
Pero, ahora, dos investigaciones independientes han desarrollado opciones que podrían resolver nuestras necesidades energéticas futuras.
Por una parte, científicos en China y Suecia crearon celdas solares -o fotoeléctricas- orgánicas optimizadas para convertir la luz interior ambiental en electricidad.
Por otra, científicos en California, Estados Unidos, experimentaron con un panel que aprovecha el frío del cielo nocturno para generar significativas cantidades de electricidad.
Veamos ambas por separado y cómo nos pueden servir.
Paneles solares interiores
A medida que se expande la interconexión digital de objetos cotidianos con internet -lo que llaman internet de las cosas (IdC)- se espera que necesitemos tener millones de productos online, tanto en el espacio público como en casa.
Muchos de estos productos incluirán una multitud de sensores para detectar y medir la humedad, la concentración de partículas, la temperatura y otros parámetros del ambiente.
Aquí es donde entran las celdas solares orgánicas de uso interior, desarrolladas conjuntamente por científicos de la Academia de Ciencias de China y de la Universidad de Linköping, Suecia.
La energía que producen es baja, no obstante, sería suficiente para alimentar los millones de productos que estarán conectados a internet en el futuro.
- Los investigadores, que publicaron sus resultados en la revista especializada Nature Energy, crearon una capa absorbente de luz con una cuidadosa combinación de materiales que permiten una flexibilidad considerable a la hora de "sintonizar" las celdas solares para aceptar diferentes espectros -longitud de onda- de luz.
La combinación absorbe exactamente la longitud de onda de luz que nos rodea en las salas de nuestras casas, en una biblioteca o en un supermercado.
En uno de los experimentos, una celda de un centímetro cuadrado fue expuesta a la luz ambiental de intensidad de 1000 lux (un lux es una unidad estándar de iluminancia) y los investigadores pudieron observar que hasta 26,1% de la energía de la luz se convirtió en electricidad.
"Esta investigación supone una gran promesa en el uso de las células solares orgánicas para potenciar el internet de las cosas de nuestra vida cotidiana", declaró Feng Gao, profesor de la División de Electrónica Biomolecular y Orgánica de la Universidad de Linköping, Suecia.
Las celdas no sólo son flexibles y baratas de producir, también son aptas para la fabricación en masa en forma amplias superficies en una impresora.
"Estamos confiados en que la eficiencia de las células solares orgánicas irá mejorando para las aplicaciones de luz ambiental en años venideros, porque todavía hay mucho campo para avanzar en la optimización de los materiales que se usan en este trabajo", subrayó Jianhui Hou, profesor del Instituto de Química, de la Academia de Ciencias de China.
El resultado es un avance más en la investigación de generación energética con luz interna. Pero, ¿qué pasa cuando no hay luz?
Luz de la oscuridad
La capacidad de generar electricidad durante la noche sería fundamental en facilitar la operación de una amplia gama de aplicaciones, incluyendo sistemas de iluminación, cocina y sensores de baja energía.
Los paneles solares tradicionales funcionan en base a la termodinámica. Una fuente de calor, el Sol, interactuando con un entorno frío en la Tierra como disipador térmico. La diferencia en temperaturas sirve para generar electricidad.
Ahora, investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) y de la Universidad Stanford, en ese mismo estado de EE.UU., han invertido el proceso utilizando el entorno cálido de la Tierra y el frío del espacio nocturno, en lo que se conoce como enfriamiento radiativo, para iluminar un diódo emisor de luz, o LED.
El profesor Aaswath Raman, de UCLA, y los científicos Wei Li y Shanhui Fan, de Stanford, construyeron un dispositivo que consiste en un radiador de aluminio que capta el calor del aire circundante y lo libera a la atmósfera a partir de una placa de aluminio pintada de negro.
Un convertidor termoeléctrico se aprovecha del enfriamiento radiativo, por el cual una superficie expuesta al cielo transfiere su calor a la atmósfera durante la noche, a través de radiación térmica.
Este fenómeno hace que dicha superficie expuesta llegue a enfriarse más que el aire de alrededor, lo que explica la formación de escarcha, y que desde ahora puede emplearse para generar electricidad.
"Este dispositivo puede generar electricidad de noche, cuando las células solares no funcionan", comentó en un comunicado Raman, autor principal del estudio que fue publicado en la revista Joule.
"Además de la iluminación, creemos que esta podría ser una manera para generar energía en lugares remotos, y en cualquier lugar donde haga falta obtener electricidad durante la noche", añadió.
El dispositivo puede ser construido a mayor escala con facilidad para su uso práctico e incluso ser fabricado a partir de tecnología barata ya existente.
Aunque por ahora se genera poca electricidad, los investigadores estiman que se puede aumentar 20 veces su potencia modificándolo y usándolo en un clima más cálido y seco.