1 INTRODUCCIÓN
El sector de las energías no renovables en la economía actual depende en gran medida de la energía solar, que convierte la energía del sol en electricidad. El punto principal acerca de la energía solar es que la energía es absorbida por los rayos del sol y por eso es necesario que la célula solar sea opaca para que absorba la energía luminosa y por eso no puede ser transparente y dejar que la luz del sol simplemente la atraviese. . Por tanto, un panel solar, además de ser un panel solar, no puede realizar múltiples tareas como cualquier otra cosa. Simplemente agrega una capa adicional encima de una capa base. Hacer que el panel solar sea transparente es científicamente imposible, pero se puede evitar manipulando la absorción de un determinado segmento del espectro electromagnético.
Un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Michigan creó una célula solar completamente transparente en agosto de 2014. A diferencia de la célula solar tradicional, permite que los fotones la atraviesen completamente, lo que permite a las personas ver a través de ellos. Utiliza una manipulación ingeniosa de las propiedades de los materiales mediante el uso de la ciencia y la química de los materiales. El equipo está dirigido por Richard Lunt, profesor asistente de la Universidad Estatal de Michigan que fundó la empresa Ubiquitous Energy para comercializar esta tecnología. Lunt confía en que este producto será útil para su implementación en edificios grandes con muchas ventanas o pantallas de dispositivos móviles para reducir la carga en la fuente de energía primaria. En este artículo, discutiremos cómo logran superar una enorme limitación de la célula solar convencional. Primero entenderemos el concepto de Concentrador Solar Luminiscente (LSC) y luego aplicaremos esta lógica para entender cómo puede volverse transparente.
dos CONCENTRADORES SOLARES LUMINISCENTES
Actualmente, los paneles solares fotovoltaicos convencionales son bastante caros de instalar en hogares donde la gente busca un medio ambiente limpio. Los elevados costes se atribuyen, en primer lugar, al uso de costosos semiconductores fotovoltaicos para generar electricidad en respuesta a la luz solar y, en segundo lugar, al hecho de que actualmente no son muy eficientes. La solución trivial sería trabajar en aumentar la eficiencia de la propia energía fotovoltaica, pero resulta más económico hacer ajustes en los paneles solares para que estén más expuestos a la luz solar durante su tiempo de funcionamiento. Lograr este objetivo es el objetivo de dos proyectos principales: seguidores solares y concentradores luminiscentes. Los seguidores solares son conjuntos de espejos con mecanismos construidos para seguir al sol a través del cielo y ajustar los paneles solares en un ángulo ideal para recibir la máxima luz solar. Sin embargo, los seguidores solares son caros porque es necesario moverlos. También provocan que la energía fotovoltaica se caliente excesivamente y, por tanto, requieren un sistema de refrigeración adicional. Los concentradores solares luminiscentes funcionan tomando energía de radiación de un área grande y concentrándola en un área más pequeña, absorbiendo y emitiendo luminiscencia direccional.
2.1 PRINCIPIO
Los concentradores solares luminiscentes funcionan concentrando la radiación de una superficie grande en un área más pequeña para mejorar la eficacia de las células solares en la producción de electricidad. En principio, funciona convirtiendo la radiación de un área grande en una luminiscencia brillante y se dirige a un área más pequeña, esencialmente comprimiendo la luz y, por lo tanto, aumentando la densidad de potencia.
2.2 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN
Los LSC contienen láminas paralelas de plástico normal y plástico recubierto de tinte. Cuando la luz del sol pasa a través del plástico, es absorbida por el plástico. Luego, los electrones del tinte se excitan mediante la adición de energía de radiación y saltan a un nivel superior. Cuando regresan a su estado fundamental, se libera energía en forma de radiación. Esta radiación se refleja a través de la lámina de plástico mediante el principio de reflexión interna total, es decir, cuando la luz supera un cierto ángulo crítico, se refleja desde una superficie transparente. La luz es guiada por guías de ondas de reflexión interna total hasta las superficies más pequeñas del concentrador, donde es absorbida por la tira semiconductora fotovoltaica convencional. Estos concentradores solares son más económicos que los seguidores solares, principalmente porque son estacionarios y no requieren un sistema de refrigeración adicional. Además, el rendimiento por coste unitario sería mayor si se utilizara junto con estos concentradores luminiscentes, lo que aumentaría la eficiencia en aproximadamente un 50 %. El único problema que hay que resolver sería la reabsorción de la radiación del tinte cuando rebota en su interior, lo que provoca una pérdida de energía. Los concentradores solares luminiscentes transparentes son un tipo especial de LSC que sustituyen los tintes translúcidos por sales orgánicas que no absorben el espectro visible de la luz solar y, por tanto, dejan pasar los fotones.
Figura 1Esquema de funcionamiento de concentradores solares luminiscentes
3 LSCS TRANSPARENTES – PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Figura 2 Primer plano de un TLSC funcional
El concepto básico de la célula solar transparente es que el vidrio transparente no es en realidad la célula solar. El vidrio es en realidad un concentrador solar luminiscente transparente. Se compone de sales orgánicas que son derivados complejos de cianina fusionados con vidrio. La cianina es un tinte sintético utilizado como tinte fluorescente en el campo de la imagen biomédica, que tiene un tono cian como su nombre indica y dependiendo de la estructura cubre el espectro IR a UV. Los derivados de sal específicos del tinte cianina que se precipitan por su reacción con una base se utilizan para absorber el espectro infrarrojo cercano y ultravioleta, permitiendo el paso de la luz visible. pasar, pero absorbe la región ultravioleta y el infrarrojo cercano, que son invisibles para el ojo humano. El derivado de cianina luminiscente (emite) energía absorbida a una frecuencia infrarroja diferente que se canaliza hacia los bordes del vidrio mediante reflexión interna total hacia los bordes y las superficies más pequeñas se recubren con células solares fotovoltaicas convencionales de pequeña escala que luego se convierten en electricidad. .
Figura 3 Absorción selectiva del espectro UV (ultravioleta) y NIR (infrarrojo cercano) de un TLSC
3.1 ¿PARA DONDE VAS?
El TLSC actual tiene una eficiencia del 1% y, por lo tanto, todavía le queda un largo camino por recorrer para convertirse en una incorporación útil. Lunt cree que es necesario llevarlo a un valor del 10% antes de que pueda usarse efectivamente para alimentar edificios donde reemplazan las ventanas de vidrio. Creen que actualmente pueden aumentar esto al 5% y trabajar para aumentar la eficiencia agregando capas más efectivas que dificulten la absorción y reduzcan la fuga de energía. Con una eficiencia del 5%, las ventanas se pueden utilizar para alimentar las luces LED presentes en ese piso. Con mayor eficiencia, pueden contribuir eficazmente a reducir la dependencia de los combustibles fósiles. Como beneficio adicional, también puede proteger su interior de los dañinos rayos UV que pueden causar problemas en la piel. Los investigadores también creen que pueden usarse para reemplazar las pantallas de los teléfonos inteligentes para alimentar los dispositivos electrónicos integrados en combinación con baterías de iones de litio para aumentar significativamente la duración de la batería de los pesados teléfonos inteligentes de esta generación.
4 CONCLUSIÓN
Tampoco es la primera vez que los investigadores intentan producir paneles solares transparentes. Los investigadores también utilizaron conjuntos de células solares a microescala como láminas colocadas entre láminas de vidrio para permitir el paso de una cantidad nominal de luz. Sin embargo, estos paneles se notan por su opacidad, ya que proyectan una sombra de color que puede no agradar a las personas que están dentro. Es en este aspecto donde los TLSC tienen la ventaja de seguir avanzando, ya que tienen casi un 90% de transmitancia de luz visible. Teniendo en cuenta que actualmente se trata de un gran avance, es un concepto bastante inspirador que sortea inteligentemente un obstáculo de la física clásica. Por supuesto, esta invención tiene ventajas y desventajas, pero sería emocionante ver cómo este producto podría cambiar la forma en que utilizamos la fuente bruta de energía solar en una era de autosuficiencia.
