Un equipo de investigación con sede en la Universidad de Nanjing (China) ha desarrollado un concentrador solar transparente, incoloro y unidireccional compatible con las ventanas existentes.
Los concentradores solares están diseñados para concentrar la energía solar en el lateral del vidrio arquitectónico. Útiles en la energía fotovoltaica integrada en edificios, los concentradores solares existentes suelen adolecer de inconvenientes, como baja eficiencia, coloración o falta de compatibilidad con las ventanas existentes.
El concentrador solar difractivo (CUSC) recientemente desarrollado por el equipo de investigación utiliza capas múltiples de cristal líquido colestérico (CLC) con periodicidades laterales submicrométricas para guiar selectivamente la luz solar hacia el borde de la ventana donde están instaladas las células fotovoltaicas. El equipo fabricó las películas CLC multicapa mediante técnicas de fotoalineación y polimerización, que son escalables mediante la fabricación rollo a rollo.
Durante las pruebas, el dispositivo CUSC mantuvo una transmitancia visible media del 64,2 % y un índice de reproducción cromática del 91,3, lo que permitió generar energía sin alterar el aspecto de la ventana.
«Al diseñar la estructura de las películas de cristal líquido colestérico, creamos un sistema que difracta selectivamente la luz polarizada circularmente, guiándola hacia la guía de ondas de vidrio en ángulos pronunciados», explicó Dewei Zhang, coautor principal de la investigación. «Esto permite recoger hasta el 38,1 % de la energía de la luz verde incidente en el borde».
El artículo de investigación «Colorless and Unidirectional Diffractive-type Solar Concentrators Compatible with Existing Windows» (Concentradores solares difractivos incoloros y unidireccionales compatibles con las ventanas existentes), disponible en la revista PhotoniX, detalla cómo se descubrió que un prototipo de 1 pulgada de diámetro era capaz de alimentar directamente un ventilador de 10 mW bajo la luz solar.
Otros modelos revelaron que una ventana CUSC típica de 2 metros de ancho podía concentrar la luz solar 50 veces, reduciendo el número de celdas fotovoltaicas necesarias hasta en un 75 %. El diseño también se mantuvo estable tras una exposición prolongada y resultó adecuado para su instalación en ventanas existentes, lo que permite realizar mejoras urbanas sostenibles.
El profesor Wei Hu comentó que el diseño CUSC supone un paso adelante en la integración de la tecnología solar en el entorno construido sin sacrificar la estética. «Representa una estrategia práctica y escalable para la reducción de carbono y la autosuficiencia energética», añadió Hu.
En la conclusión del artículo de investigación, los autores escriben que el diseño CUSC se adoptaría ampliamente en edificios ecológicos, energía fotovoltaica agrícola y otras áreas emergentes. «Se espera que contribuya a un suministro de energía verde a escala teravática a nivel mundial y reduzca las emisiones anuales de carbono en miles de millones de toneladas», concluye el artículo.
El equipo de investigación afirma que tiene previsto centrar su trabajo futuro en mejorar la eficiencia de la banda ancha, el control de la polarización y la adaptación de la tecnología a los invernaderos agrícolas y las pantallas solares transparentes.
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