¿Pueden los hologramas aumentar el rendimiento de las placas solares?

    Hologramas y placas solares: una apuesta por la eficiencia energética

    Puede que al escuchar la palabra holograma te venga a la cabeza Obi-Wan Kenobi apareciéndose a Luke Skywalker en la Guerra de las Galaxias; o los cuadros en los que, dependiendo de la perspectiva desde la que lo veas, las dos dimensiones se convierten en tres; o también los billetes de euros o la entrada de aquel concierto tan especial. Una tecnología que parecía de ciencia ficción continúa desplegando su utilidad en aplicaciones cotidianas antes inimaginables.

    Investigadores de la Universidad de Arizona han llevado la tecnología de los hologramas a la industria fotovoltaica con el fin de capturar la energía solar no utilizada que ilumina una placa solar. Se trata de un nuevo colector de luz holográfica que separa los colores de la luz solar y los dirige a las células solares. De esta manera, puede llegar a aumentar en un 5% el rendimiento anual de tus paneles solares.

    En este artículo te presentamos cómo puede contribuir la tecnología holográfica a la eficiencia de las placas solares.

    ¿Cómo se captura la luz solar en los paneles fotovoltaicos?

    La luz solar tiene dos propiedades principales que son útiles en el diseño de sistemas de energía solar:

    • La cantidad de energía que cae sobre un área fija, como el suelo o el techo de una vivienda o empresa. Esta cantidad varía según la hora del día y la temporada.
    • El espectro de la luz solar.

    Una forma de capturar la energía solar es utilizar células fotovoltaicas que convierten directamente la luz del sol en electricidad. En una placa solar, muchas células se ensamblan en un panel rígido, se conectan entre sí, se sellan y se cubren con vidrio protector.

    La célula solar funciona mejor cuando ciertos colores de luz solar caen sobre ella y cuando toda el área está cubierta por fotocélulas. Sin embargo, se necesita un área del panel para conectar las células y la forma de estas no permite que el área restante recolecte la luz solar. La consecuencia es que la placa solar sea menos eficiente de lo que podría ser. En este sentido, capturar la mayor cantidad posible de luz solar en un panel fotovoltaico es fundamental para aprovechar de manera eficiente la energía solar.

    ¿Cómo funcionan los hologramas en el diseño de paneles solares?

    El colector de luz holográfica diseñado por Jianbo Zhao, combina un elemento óptico holográfico de bajo coste con un difusor. El elemento óptico se sitúa simétricamente en el centro del módulo fotovoltaico para obtener la máxima captación de luz efectiva. De esta manera, cada holograma separa los colores de la luz solar y los dirige a las células solares dentro del panel solar.

    Los elementos ópticos holográficos son películas delgadas que han sido «impresas» usando láseres para registrar cómo se mueven las ondas de luz a su alrededor. Pueden reemplazar la óptica tradicional, como lentes y espejos, con materiales más livianos y duraderos.

    Dobla la luz

    Como los hologramas utilizados en juguetes o tarjetas de crédito, la tecnología holográfica permite “doblar” las ondas de luz utilizando el principio de difracción. Pero en lugar de hacerlo por un efecto 3-D, puede dividir las longitudes de onda visibles de la luz solar y las longitudes de onda infrarrojas, dirigiendo cada una al generador de energía solar apropiado: fotovoltaica o solar térmica, según sea el caso.

    fotografía del efecto de difracción de la luz en el agua
    Efecto de difracción de la luz en el agua

    El resultado: la división aumenta la eficiencia de los paneles fotovoltaicos, generando más energía a partir de la misma luz solar.

    Redirige la luz

    Debido a las propiedades de flexión de la luz, la película delgada holográfica también puede redirigir la luz solar a la ubicación elegida por los fabricantes y concentrarla en ese objetivo.

    Actualmente, algunos generadores de energía solar utilizan partes móviles para rastrear el sol mientras este “recorre” el cielo, y espejos y lentes para concentrarlo. A medida que la luz solar atraviesa una película holográfica delgada, puede lograr los mismos efectos, sin partes móviles, al colocar varias películas en el misma área. Las películas reemplazan las partes pesadas y frágiles como motores y espejos de vidrio, con un polímero que puede diseñarse para ser tan liviano y duradero como sea necesario.

    Funcionamiento del coloector holográfico para una placa solar
    Funcionamiento del colector holográfico. Fuente: Zhao, Chrysler y Kostuk (Universidad de Arizona)

    ¿Cuáles son las ventajas del uso de hologramas en el diseño de placas solares?

    Las principales ventajas de la aplicación de la tecnología holográfica al diseño de paneles solares podemos medirlas en términos de eficiencia, coste y durabilidad.

    Si, como decíamos anteriormente, el colector holográfico permite aprovechar un mayor espectro de colores de la luz solar, esto se traduce en la posibilidad de la placa solar de producir una mayor cantidad de electricidad. Pero ¿cuánta más? Según los investigadores, este aumento puede alcanzar aproximadamente el 5% del rendimiento anual, lo cual es un aporte considerable en términos de eficiencia.

    En otro estudio reciente, científicos rusos de la South Ural State University desarrollaron una película holográfica basada en concentradores prismáticos, que es capaz de reducir la temperatura de funcionamiento de los paneles solares, incluidos los dispositivos fotovoltaicos térmicos.

    “El principio de funcionamiento de una película holográfica radica en el hecho de que los rayos del sol inciden en la superficie del módulo, mientras que parte del espectro, los rayos infrarrojos, se refleja en la capa superior metalizada de la película, lo que evita que el módulo se sobrecaliente”.

    Irina Kirpichnikova, investigadora de la  South Ural State University.

    Según los investigadores, esta configuración del sistema permite que la luz difractada del colector exceda el ángulo crítico de la cubierta de vidrio del módulo, lo que a su vez extiende la distancia sobre la cual la luz puede ser recolectada y transferida a las células solares. El difusor dispersa la luz que no es difractada por el elemento óptico holográfico, consiguiendo reducir la temperatura y con ello, mejorar el rendimiento y la durabilidad del equipo. Una tecnología que también podría mejorar la eficiencia del módulo fotovoltaico en climas nublados.

    Además, el uso de un material de bajo costo basado en gelatina, que se fabrica fácilmente en grandes cantidades, abarata su precio. Por lo que no debe suponer un gran incremento en los costes de fabricación.

    Si bien, según los investigadores, esta tecnología puede integrarse fácilmente en placas solares convencionales, puede que pase un tiempo antes de que estén accesibles en el mercado. Y este tiempo se convierte en ahorro que dejas de tener si decides esperar en lugar de instalar ya paneles solares en tu casa o empresa.

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