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Células solares más eficientes y duraderas gracias al vidrio
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Las células solares autoenfriantes, más duraderas y eficientes están al alcance de la mano con sólo añadir una fina capa de vidrio.
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Un artículo publicado hoy en la revista en línea Optica esboza una posible solución para un mejor acceso a la energía solar.
Las células solares funcionan convirtiendo la radiación solar en energía. A través de este proceso, se espera una cierta cantidad de pérdida de energía.
Pero una cantidad sorprendente de energía se pierde por el sobrecalentamiento de las células solares. Esto limita la capacidad de la célula para producir electricidad y reduce su vida útil.
Vencer al calor
El equipo de investigación de la Universidad de Stanford en California encontró que cuando una fina capa de vidrio de sílice incrustada con pequeñas estructuras cónicas y piramidales se coloca sobre la parte superior de las células solares de silicio, la temperatura de funcionamiento de las células se redujo drásticamente.
Liderados por el profesor de Ingeniería Eléctrica Shanhui Fan, los investigadores descubrieron que esta capa de vidrio redirige el calor no deseado a través de la atmósfera y hacia el espacio.
Al eliminar el exceso de radiación infrarroja, las células solares se mantienen frías y son más eficientes en la conversión de los rayos solares en energía.
El autor principal del artículo, Linxiao Zhu, candidato al doctorado en física, dijo que el descubrimiento podría conducir al desarrollo de paneles solares más rentables, convirtiéndolos en una mejor alternativa de energía renovable.
"La reducción de la temperatura de las células solares conduce a una mayor eficiencia operativa", dijo Zhu.
"Además, una temperatura de funcionamiento más baja de las células solares conlleva una vida útil significativamente más larga, lo que reduce el coste nivelado de la energía de un sistema"
Reducir el desperdicio de energía
Según el documento, el límite superior de la eficiencia de conversión de energía para una sola célula de silicio es de alrededor del 33,7%. A medida que la célula se calienta, esa eficiencia disminuye, alrededor de medio por ciento por cada grado de aumento de temperatura.
Los costes de los métodos activos de refrigeración de las células solares, como la ventilación o los refrigerantes líquidos, superan a los beneficios. Por lo tanto, hasta ahora no se ha resuelto la pérdida de eficiencia por sobrecalentamiento.
Este método pasivo funciona utilizando las diferentes longitudes de onda de la radiación solar. La luz visible en el espectro es la mejor manera de transportar energía, mientras que la luz infrarroja transporta más calor.
Los investigadores calcularon que al "rechazar" la radiación infrarroja utilizando vidrio de sílice, el calor disminuye sin afectar negativamente la cantidad de luz visible que la célula solar puede absorber.
"Se nos ocurrió un diseño óptimo que consistía en pirámides de sílice a escala microscópica", dijo el profesor Fan.
"Esto maximiza la potencia de enfriamiento a través del mecanismo de enfriamiento radiativo, al mismo tiempo que permanece transparente a las longitudes de onda de la radiación solar"
Andrew Blakers, de la Universidad Nacional de Australia, dijo que aunque los autores de este estudio tienen una base teórica sólida, es poco probable que este modelo sea factible en el mundo real.
"Desafortunadamente, las comparaciones en el documento son entre estructuras especiales y células solares desnudas, en lugar de con células encapsuladas[y] las células solares desnudas nunca se despliegan en el campo", dijo Bakers, quien es el Director del Centro de Sistemas de Energía Sostenible (CECS) de ANU.
"El superestrato de vidrio estándar tiene muchas funciones, incluyendo resistencia, resistencia al rayado, resistencia estructural, resistencia a la entrada de humedad, adhesión a EVA/silicona.
"El superestrato de vidrio debe ser renunciado porque causa demasiada absorción parásita de radiación térmica - tendría que ser reemplazado por un sustrato para que el módulo sea autoportante"
El Profesor Asociado Ben Powell de la Universidad de Queensland dijo que aunque este enfoque es una posibilidad emocionante, el costo podría superar los beneficios.
"Si no se puede hacer lo suficientemente barato, entonces la electricidad extra obtenida de las ganancias de eficiencia y el costo ahorrado al reemplazar las células solares no pagará por el recubrimiento - en cuyo caso nadie estará interesado en usarlo", dijo el físico.
"Es una idea muy elegante y prometedora, pero hay un largo camino por recorrer antes de que encuentres esto en tu tejado."
A pesar de ello, los autores del artículo confían en que el desarrollo futuro sea posible. Según Linxiao Zhu, el siguiente paso es aplicar esta investigación a aplicaciones prácticas.
"Hemos validado este diseño mediante métodos numéricos extremadamente precisos y ahora estamos trabajando para demostrar experimentalmente los primeros prototipos", dijo.
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