A medida que los gobiernos de todo el mundo impulsan una transición ecológica, las empresas a nivel mundial están invirtiendo considerablemente en investigación y desarrollo de formas innovadoras para mejorar la producción de energÃa renovable. Nuevas tecnologÃas están haciendo que proyectos de energÃa renovable convencionales, como los parques solares y eólicos, sean mucho más eficientes a medida que las empresas construyen paneles más fuertes y turbinas más grandes. Ahora, un equipo alemán cree haber encontrado un nuevo sistema de captación de luz que podrÃa aumentar drásticamente la producción de energÃa solar.
Los paneles solares convencionales dependen de células solares a base de silicio que absorben la luz en todo el espectro visible, pero débilmente. Estas células solares deben tener varios micrómetros de grosor para poder absorber suficientes fotones para generar electricidad. Esto los hace pesados, costosos y difÃciles de ubicar en espacios pequeños. Por el contrario, las células solares de pelÃcula delgada, hechas de tintes orgánicos, son más baratas y ligeras, con solo 100 nanómetros de grosor. Sin embargo, solo pueden absorber una pequeña porción del espectro solar. Durante años, los cientÃficos han estado buscando una solución para hacer que los paneles solares sean más eficientes manteniendo el peso y el costo bajos.
Ahora, cientÃficos de la Universidad de Würzburg en Baviera, Alemania, creen haber descubierto la estructura necesaria para mejorar masivamente la producción de energÃa solar. Los investigadores recientemente publicaron un estudio en la revista Chem que muestra 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 eficientemente la luz del sol. El modelo URPB utiliza cuatro tintes diferentes apilados en una configuración precisa que les permite capturar eficazmente la luz en longitudes de onda de UV, visible e infrarrojo cercano.
Durante la fase de pruebas, el equipo de investigadores logró convertir el 38 por ciento de la luz entrante en energÃa útil. Mientras que los cuatro tintes por separado logran menos del uno por ciento hasta un máximo de tres por ciento. El profesor de quÃmica 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 de forma pancromática en todo el rango visible. Y utiliza los altos coeficientes de absorción de los tintes orgánicos. Como resultado, puede absorber una gran cantidad de energÃa lumÃnica en una capa relativamente delgada, similar a los sistemas naturales de captación de luz".
El próximo desafÃo será escalar el proceso para uso comercial. Aunque ha habido éxito en el uso de la tecnologÃa para producir energÃa en un entorno de laboratorio, siempre hay mayores desafÃos cuando se trata de implementar una nueva tecnologÃa en un entorno del mundo real.
Esta es solo la última tecnologÃa que se está probando en todo el mundo con el objetivo de mejorar la producción de energÃa solar. Incentivadas por mayores niveles de financiamiento público e incentivos financieros, como exenciones fiscales, y motivadas por la necesidad de aumentar la capacidad mundial de energÃa renovable para reducir el consumo de combustibles fósiles, las empresas a nivel mundial están invirtiendo mucho en investigación y desarrollo en el sector de la energÃa solar. La producción de energÃa solar ha avanzado mucho 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 hoy, mientras que los costos de producción han disminuido y el precio por vatio de los paneles solares ha bajado de alrededor de $5 en 2000 a menos de 50 centavos hoy.
La energÃa fotovoltaica solar (PV) es la fuente de energÃa de más rápido crecimiento a nivel mundial, según la Agencia Internacional de EnergÃas Renovables (IRENA), habiendo crecido alrededor de 26 veces desde 2010. Para finales de 2022, habÃa una capacidad solar PV instalada a nivel mundial 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 célula solar fotovoltaica semiesférica que, según creÃan, podrÃa 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 tecnologÃa, que se veÃa prometedora en simulaciones por computadora.
También hay optimismo en torno al uso de células solares de perovskita (PSCs) gracias a su alto rendimiento y bajos costos de producción. Las PSCs han mostrado un gran progreso en los últimos años, con mejoras significativas en la eficiencia, desde alrededor del 3 por ciento en 2009 a más del 25 por ciento en la actualidad. Esto ha animado al Departamento de EnergÃa de los Estados Unidos (DoE) y a otras instituciones públicas y privadas de todo el mundo a invertir considerablemente en la mejora de la tecnologÃa de PSCs.
Hasta la fecha, la mayorÃa de las pruebas de PSC se han realizado en un entorno de laboratorio. Sin embargo, un equipo de investigadores transnacional en los EE. UU., liderado por la Universidad de Carolina del Norte, está llevando las pruebas al exterior. El centro Perovskita PV Accelerator for Commercializing Technologies (PACT) del DoE de los EE. UU. tuvo éxito al usar la tecnologÃa en exteriores durante 29 semanas y logró una eficiencia operativa de más del 16 por ciento. Laura Schelhas, investigadora en quÃmica de NREL, explicó, "La demostración en el mundo real es un paso crÃtico hacia la comercialización, y esperamos que, al ofrecer estas capacidades, los investigadores y las empresas puedan aprovechar estos datos para mejorar la confiabilidad".
Por Felicity Bradstock para Oilprice.com
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Felicity Bradstock is a freelance writer specialising in Energy and Finance. She has a Master’s in International Development from the University of Birmingham, UK. More
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