¿Puedes ver una ventana mientras lees este artículo?
Las ventanas han estado presentes en todas partes de la sociedad durante siglos, y llenan nuestros hogares y lugares de trabajo de luz natural. Pero ¿y si también pudieran generar electricidad? ¿Y si tu humilde ventana pudiera ayudar a cargar el teléfono o a hervir el agua para el té?
Con entre 5.000 y 7.000 millones de metros cuadrados de superficie acristalada en Estados Unidos por sí solo, las ventanas solares serían una excelente forma de aprovechar la energía del Sol. Nuestra investigación representa un paso hacia ese objetivo, al mostrar cómo fabricar paneles solares que dejan pasar suficiente luz para funcionar como ventanas.
La economía de las energías renovables se está volviendo cada vez más favorable. En Australia y muchas otras partes del mundo, las células solares de silicio ya dominan el mercado de las instalaciones en tejados. La energía solar en los tejados ofrece una forma cada vez más barata y eficiente de generar electricidad.
Aunque estos módulos de silicio son excelentes para los tejados, son opacos y voluminosos. Para diseñar una célula solar adecuada para las ventanas, tenemos que pensar de forma innovadora.
Cuando instalamos un panel solar en un tejado, queremos que absorba tanta luz solar como sea posible para que genere la máxima cantidad de energía. En una ventana, inevitablemente hay que encontrar un equilibrio entre absorber luz para convertirla en electricidad y transmitirla para que aún podamos ver a través del cristal.
Al pensar en una célula que pudiera instalarse en una ventana, uno de los parámetros clave es la transmitancia visible media (AVT, por sus siglas en inglés). Es el porcentaje de luz visible —a diferencia de otras longitudes de onda, como la infrarroja o la ultravioleta— que incide en la ventana, la atraviesa y sale por el otro lado.
Por supuesto, no queremos que la ventana solar absorba tanta luz que ya no podamos ver hacia el exterior. Tampoco queremos que deje pasar tanta luz que apenas genere energía solar. Por eso, los científicos han estado buscando un punto medio entre una alta eficiencia eléctrica y una AVT elevada.
Una cuestión de voltaje
Por lo general, una AVT del 25 % se considera el valor de referencia para las ventanas solares. Pero dejar que una cuarta parte de la luz atraviese la célula solar dificulta la generación de mucha corriente, y por eso la eficiencia de las células semitransparentes ha sido baja hasta ahora.
Pero hay que tener en cuenta que la potencia eléctrica depende de dos factores: la corriente y el voltaje. En nuestra investigación reciente, decidimos centrarnos en aumentar el voltaje. Seleccionamos cuidadosamente nuevos materiales orgánicos absorbentes que han demostrado producir un voltaje alto en células opacas.
Al incorporarlos a una célula solar semitransparente, el voltaje también fue alto, ya que la gran cantidad de luz transmitida no lo redujo de forma significativa. Así, aunque la corriente disminuyó en comparación con las células opacas, el mayor voltaje nos permitió lograr una eficiencia superior a la de las células semitransparentes anteriores.
Llegados a este punto, la pregunta clave es: ¿qué aspecto tendrían las ventanas fabricadas con nuestras nuevas células semitransparentes?
¿Ves lo que yo veo?
Si tu amigo lleva una camisa roja y lo miras a través de una ventana, la camisa debería verse roja. Parece obvio, pues eso es lo que ocurriría sin duda con una ventana de vidrio.
Pero como las células solares semitransparentes absorben parte de la luz que vemos en el espectro visible, tenemos que pensar con más detenimiento en esta propiedad de reproducción del color. Podemos medir hasta qué punto la célula puede presentar una imagen con fidelidad calculando lo que se conoce como índice de reproducción cromática (CRI, por sus siglas en inglés). Nuestra investigación mostró que cambiar el grosor de la capa absorbente no solo puede afectar la potencia eléctrica que produce la célula, sino que también modifica su capacidad para representar los colores con precisión.
Otro enfoque prometedor, que puede dar lugar a valores excelentes de CRI, consiste en sustituir el material orgánico absorbente por otro que absorba la energía del Sol fuera del rango visible. Esto significa que, para el ojo humano, la célula parecerá vidrio normal, ya que la conversión solar se produce en el rango infrarrojo.
Sin embargo, esto limita la eficiencia que pueden alcanzar las células, pues reduce considerablemente la cantidad de energía solar que puede convertirse en electricidad.
¿Qué sigue?
Hasta ahora, solo hemos creado nuestras células a pequeña escala, en forma de prototipos. Aún quedan varios obstáculos por superar antes de que podamos fabricar ventanas solares grandes y eficientes. En particular, los electrodos transparentes que se usan para recoger la carga de estas células pueden ser frágiles y contener elementos escasos, como el indio.
Si la ciencia logra resolver estos problemas, el despliegue a gran escala de ventanas alimentadas por energía solar podría ayudar a aumentar la cantidad de electricidad generada mediante tecnologías renovables.
Así que, aunque las ventanas solares aún no están plenamente a la vista, ya estamos lo bastante cerca como para vislumbrarlas.
