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A medida que los gobiernos de todo el mundo promueven una transición verde, empresas en todo el planeta están invirtiendo fuertemente en investigación y desarrollo de formas innovadoras para mejorar la producción de energía renovable. Las nuevas tecnologías están haciendo que proyectos de energía renovable convencionales, como granjas solares y eólicas, sean mucho más eficientes a medida que las empresas construyen paneles más robustos y turbinas más grandes. Ahora, un equipo alemán cree haber encontrado un nuevo sistema de captación de luz que podría aumentar masivamente la producción de energía solar.
Los paneles solares convencionales dependen de celdas solares basadas en silicio que absorben la luz en todo el espectro visible, pero de manera débil. Estas celdas solares deben tener varios micrómetros de grosor para permitirles absorber suficientes protones para generar electricidad. Esto las hace pesadas, caras y difíciles de situar en espacios pequeños. En contraste, las celdas solares de película delgada, que están compuestas por colorantes orgánicos, son más económicas y ligeras, con solo 100 nanómetros de grosor. Sin embargo, solo son capaces de absorber una pequeña parte del espectro solar. Los científicos han estado buscando durante años una solución, con el objetivo de hacer que los paneles solares sean más eficientes manteniendo el peso y el costo bajos.
Ahora, científicos de la Universidad de Würzburg en Baviera, Alemania, creen haber descubierto la estructura necesaria para mejorar masivamente la producción de energía solar. Investigadores recientemente publicaron un estudio en la revista Chem demostrando el uso de un sistema URPB, que significa ultravioleta, rojo, púrpura y azul, basado en las antenas fotosintéticas de las plantas y bacterias capaces de capturar la luz solar de manera eficiente. El modelo URPB utiliza cuatro colorantes diferentes apilados en una configuración precisa que les permite capturar eficientemente la luz en longitudes de onda ultravioleta, visible y cercana al infrarrojo.
Durante la fase de pruebas, el equipo de investigadores logró convertir el 38 por ciento de la luz incidente en energía útil, mientras que los cuatro colorantes por separado lograban menos del uno por ciento hasta un máximo del tres por ciento. El profesor de química de JMU, Frank Würthner, explicó, “Nuestro sistema tiene una estructura de banda similar a la de los semiconductores inorgánicos. Esto significa que absorbe la luz pancromáticamente en todo el rango visible. Y utiliza los altos coeficientes de absorción de los colorantes orgánicos. Como resultado, puede absorber mucha energía lumínica en una capa relativamente delgada, similar a los sistemas naturales de captación de luz.”
El próximo desafío será escalar el proceso para uso comercial. Si bien ha habido éxito en la utilización de la tecnología para producir energía en un entorno de laboratorio, siempre hay mayores desafíos al poner nueva tecnología en uso en un entorno del mundo real.
Esta es solo la última tecnología que se está probando en todo el mundo con el objetivo de mejorar la producción de energía solar. Incentivadas por mayores niveles de financiamiento público e incentivos financieros, como exenciones fiscales, y motivadas por la necesidad de aumentar la capacidad de energía renovable del mundo para reducir el consumo de combustibles fósiles, empresas de todo el mundo están invirtiendo fuertemente en investigación y desarrollo en el sector de la energía solar. La producción de energía solar ha avanzado significativamente en la última década. La eficiencia de los paneles solares ha aumentado de alrededor del 17% en 2012 a entre el 22 por ciento y el 29 por ciento en la actualidad, mientras que los costos de producción han caído y el precio por vatio de los paneles solares ha disminuido de alrededor de $5 en 2000 a menos de 50 centavos en la actualidad.
La fotovoltaica solar (PV, por sus siglas en inglés) es la fuente de energía de más rápido crecimiento a nivel mundial, según la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA), que ha crecido unas 26 veces desde 2010. A finales de 2022, había una capacidad global instalada de energía solar PV de 1.047 GW, con 191 GW añadidos solo en 2022.
A principios de este año, investigadores turcos publicaron un estudio que mostraba el potencial de una estructura de celdas solares fotovoltaicas orgánicas semiesféricas que creían que podría absorber hasta un 66 por ciento más de luz que los paneles planos convencionales. El equipo ahora está buscando producir un prototipo para probar la tecnología, que se veía prometedora en simulaciones por ordenador.
También hay optimismo en torno al uso de celdas solares de perovskita (PSC, por sus siglas en inglés) gracias a su alto rendimiento y bajos costos de producción. Las PSC han mostrado un gran progreso en los últimos años, con mejoras significativas en la eficiencia, pasando de alrededor del 3 por ciento en 2009 a más del 25 por ciento en la actualidad. Esto ha incentivado al Departamento de Energía de los Estados Unidos (DoE), y a otras instituciones públicas y privadas en todo el mundo, a invertir fuertemente en la mejora de la tecnología de las PSC.
Hasta la fecha, la mayoría de las pruebas de PSC se han realizado en un entorno de laboratorio. Sin embargo, un equipo de investigadores de varios países en EE. UU., liderado por la Universidad de Carolina del Norte, está trasladando las pruebas al exterior. El centro Perovskite PV Accelerator for Commercialising Technologies (PACT) del DoE de EE. UU. logró utilizar la tecnología en exteriores durante 29 semanas y alcanzó una eficiencia operativa de más del 16 por ciento. Laura Schelhas, investigadora en química de NREL, explicó, “La demostración en el mundo real es un paso crítico hacia la comercialización, y esperamos que al ofrecer estas capacidades, PACT y los investigadores y empresas puedan aprovechar estos datos para mejorar la fiabilidad.”
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Por Felicity Bradstock para Oilprice.com
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