La pirámide de cristal que mejora la eficiencia de los paneles solares

Aunque la energía fotovoltáica ha avanzado mucho en los últimos años, todavía tiene margen de mejora. Una de las limitaciones más grandes es que no pueden aprovechar toda la luz solar que les llega. Por un lado las células fotovoltáicas no son del todo eficientes —como mucho llegan al 39,5% de eficiencia— y por el otro, el Sol se mueve y su luz no incide todo el tiempo en los paneles.

Para solucionarlo se han creado sistemas móviles que siguen los movimientos de nuestro astro como si fueran girasoles. Estos sistemas son caros y difíciles de mantener, pero ahora un equipo de investigadores ha creado unos cristales en forma de pirámide que recogen la luz solar que llega desde cualquier ángulo y la concentran sobre la célula solar con resultados sorprendentes.

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Existen ya tecnologías que permite captar la luz desde distintos ángulos sin necesidad de motores, como los concentradores solares o las superficies nanotexturadas, aunque las pirámides de cristal descubiertas por la ingeniera Nina Vaidya y su equipo en la Universidad de Stanford son mucho más eficientes. Tanto que, según explican en un artículo publicado en la revista Microsystems & Nanoengineering, estas pirámides consiguen dirigir a las células fotoeléctricas más del 90% de la luz que incide sobre ellas.

"Es un sistema completamente pasivo: no necesita energía para rastrear la fuente ni tiene piezas móviles", explica Vaidya, . "Sin foco óptico que mueva posiciones ni necesidad de sistemas de seguimiento, concentrar la luz resulta mucho más sencillo".

Cómo funciona

El ‘Axially Graded Index Lens’ (AGILE), parece una pirámide invertida de cristal que ha perdido la punta. La base queda hacia arriba dejando expuesto un cuadrado liso que recoge la luz que le llega desde cualquier ángulo. Esa luz pasa por distintas capas de vidrio y polímero que componen la pirámide y que funcionan como espejos que cambian la dirección de la luz focalizándola en un punto que hay más abajo.

Según cuentan los investigadores de la Universidad de Stanford esta composición de distintos materiales permite que el dispositivo capte un amplio espectro de luz que va desde la ultravioleta hasta la infrarroja. Además los investigadores han dado con una combinación de vidrio y polímero en el que todos los elementos se expanden y se contraen a la vez con el cambio de temperatura.

"Es una de esas aventuras de ingeniería imposibles que van directamente de la teoría a los prototipos reales", dijo Vaidya. "Hay muchos estudios teóricos y grandes ideas por ahí, pero es difícil convertirlas en realidad con diseños reales y materiales reales que amplíen los límites de lo que antes se consideraba imposible".

Más eficiencia en menos espacio

Según Vaidya, AGILE podría reemplazar la capa superior que protege los paneles solares actuales y crear un espacio para la refrigeración de las células fotoeléctricas y los circuitos eléctricos. Pero la ventaja más importante para la investigadora es que el sistema puede reducir la cantidad de superficie que necesitan los paneles solares para producir energía, lo que ayudaría enormemente a reducir los costes.

La investigadora sostiene que los usos de su sistema no se limitan a las instalaciones solares aquí en la Tierra. Vaidya asegura que si se aplican sus pirámides en paneles solares en el espacio, estas, además de ayudar a concentrar la luz sin necesidad de sistemas de seguimiento solar, proporcionarán la protección necesaria contra la radiación.

"Utilizar nuestros esfuerzos y conocimientos para fabricar sistemas de ingeniería significativos ha sido mi fuerza motora, incluso cuando algunas pruebas no funcionaban", comenta Vaidya. "Poder utilizar estos nuevos materiales, estas nuevas técnicas de fabricación y este nuevo concepto AGILE para crear mejores concentradores solares ha sido muy gratificante. Tener una energía limpia abundante y asequible es vital para abordar los urgentes retos climáticos y de sostenibilidad. Y necesitamos impulsar soluciones de ingeniería para hacerla realidad".