Paneles solares transparentes, cada vez con más transparencia y eficacia

La investigación para la innovación y mejora de las tecnologías actuales de producción de energía solar fotovoltaica es una de las que más está avanzando en los últimos años de todas las que componen el espectro de las energías renovables. Pero los científicos que trabajan en este campo en todo el mundo no se conforman solo con buscar innovaciones para lo que ya existe, sino que también llevan bastante tiempo proponiendo nuevas líneas de investigación para seguir aprovechando la energía solar para producir energía eléctrica limpia y sostenible. 

Este mismo es el caso de los paneles solares transparentes, o paneles de vidrio fotovoltaico, de los que ya hablamos. Paneles capaces de producir energía eléctrica a partir de la exposición a la luz solar, pero manteniendo también un cierto grado de transparencia entre las características de los materiales que los componen.  

Esta capacidad de transparencia del vidrio fotovoltaico se basa en la sustitución de las células fotovoltaicas comunes, elaboradas principalmente a partir de silicio y empleadas en la fabricación de los paneles solares convencionales, por nuevas células creadas a partir de compuestos orgánicos con base de carbono. Unas células capaces de captar y transformar la energía del sol en energía eléctrica, permitiendo al mismo tiempo el paso parcial de la luz solar a su través. 

Una tecnología prometedora que, aunque parece abrir toda una nueva serie de posibles aplicaciones para su instalación en forma de ventanas y otros elementos de construcción translúcidos, aún está en ciernes y debe superar todavía muchos retos. Entre ellos, los más destacables serían la mejora de su eficiencia energética, el aumento de su capacidad de transparencia, y la prolongación de su vida útil. Retos que se derivarían de los tres principales puntos débiles de los paneles fotovoltaicos transparentes actuales.  

En este sentido, una reciente investigación liderada por científicos de la Universidad de Míchigan vendría a revitalizar las características y posibilidades reales de aplicación de los paneles solares transparentes en el futuro a medio plazo. Y es que el equipo de investigadores ha logrado crear unos nuevos paneles solares transparentes que pueden mantener su capacidad de generación de energía durante más de 30 años, mejorando también su nivel de transparencia y su eficiencia energética. 

Las nuevas células solares desarrolladas por la Universidad de Míchigan

En la investigación, cuya línea de investigación ha quedado resumida en un estudio científico publicado en 2021, participaron también la Universidad Estatal de Carolina del Norte (EEUU), la Universidad de Tianjin (China) y la Universidad de de Zhejiang (China). 

Según Stephen Forrest, profesor de Ingeniería eléctrica de la Universidad e Míchigan y líder del estudio, los paneles solares transparentes que había hasta la fecha de publicación del estudio pierden en torno a un 40 % de su eficiencia en la captación de energía solar y su transformación en energía eléctrica después de tan solo 12 semanas de exposición a la luz solar. Un hecho que limita enormemente la viabilidad de su aplicación real en la mayoría de soluciones de construcción e ingeniería para las que este tipo de tecnología podría llegar a ser interesante.

Además, las nuevas células solares desarrolladas durante el estudio mejorarían también la eficiencia energética de los paneles solares transparentes actuales, que presentan un nivel de aprovechamiento de la luz solar del 8,1 % en paneles con una transparencia cercana al 40 % (pensemos que una ventana de vidrio normal y corriente tendría un nivel de transparencia cercano al 100 %).  

Datos prometedores de cara a marcar el camino de la investigación hacia el futuro de la energía fotovoltaica, pero que quedan aún demasiado lejos de las cifras de los paneles solares convencionales, que actualmente presentan unas eficiencias de en torno al 33 %, con algunos paneles especiales llegando a alcanzar cifras récord de eficiencia de hasta el 47,1 %.

Frente a ellos, las células fotovoltaicas manufacturadas por el equipo de investigadores dirigido por el profesor Forrest han conseguido lograr una eficiencia energética del 10 % con un panel de una transparencia del 40 %. Pero lo más importante de todo, tras hacer diversas pruebas de simulación, los científicos concluyeron que estas nuevas células fotosensibles podrían mantener su capacidad para producir electricidad al 80 % de su nivel máximo tras unos 30 años de uso. Una vida útil que, ya sí, resultaría muy interesante para la producción de paneles solares transparentes integrables en la fabricación de diferentes elementos de arquitectura y construcción de edificios.  

Además, el equipo de Forrest afirma que contemplan mejorar las cifras conseguidas por sus células fotovoltaicas, pudiendo llegar hasta un nivel de eficiencia de en torno al 15 % con unos niveles de transparencia cercanos al 60 %.

Para lograr su hazaña, los investigadores han tenido que superar los graves problemas de degradación propios de los paneles solares transparentes normales que, recordemos, emplean en su elaboración compuestos fotosensibles de naturaleza orgánica. 

Para ello, los científicos recurrieron a la aplicación de una capa de óxido de zinc en la parte del panel orientada al sol. Así logran bloquear parte de la radiación ultravioleta de la luz solar, principal responsable de la degradación física de los paneles solares transparentes y de su pérdida de eficiencia en la captación de energía. Además, han tenido que emplear otros materiales especiales de protección de la propia célula de zinc, así como para proteger otras partes del panel solar transparente de la posible degradación que puede generar el mismo óxido de zinc.

Esta novedad en la fabricación de paneles solares transparentes no solo implica una mejora en la eficiencia de la captación y transformación de energía, sino que haría de estos paneles una opción de material de construcción mucho más interesante, ya que al alargar su vida útil, alargan también su tiempo de amortización desde un punto de vista meramente económico. Muy interesante para la construcción de edificios energéticamente autónomos.

Además, muchos de los materiales necesarios para la producción de estas nuevas células fotovoltaicas orgánicas pueden ser preparados como líquidos, lo que abarataría en gran medida el coste de producción de estos nuevos paneles solares de transparencia. Una ventaja nada desdeñable que se sumaría a su aumento de la eficiencia en la producción de energía o a la mayor facilidad de instalación de estos nuevos paneles. 

Para terminar, merece la pena apuntar también la importancia que estas mejoras tecnológicas en la elaboración de paneles solares transparentes más eficientes, más transparentes y más longevos puede tener a la hora de ampliar el abanico de aplicaciones potenciales de esta tecnología.

Entre ellas, destacamos las siguientes:

• Fabricación de elementos y materiales destinados al ámbito de la arquitectura y la construcción de edificios y otras estructuras: ventanas, cubiertas, cerramientos y otros elementos de construcción.

• Instalación de paneles solares en diferentes elementos de mobiliario urbano y obras públicas: parques, pavimentos, techos, puentes, etc.

• Uso en edificaciones destinadas a la agricultura, la ganadería o la industria: invernaderos, cubiertas de naves, de otras edificaciones dedicadas a la producción y la explotación de recursos, etc.