Desde que captamos los rayos del sol, las nubes han sido el enemigo. Cuando el cielo se vuelve gris y caen las primeras gotas, el flujo constante de electrones de los paneles solares tradicionales se reduce a un goteo. Pero un equipo de científicos en Sevilla, España, ha decidido que, en lugar de luchar contra la lluvia, la tecnología solar debería aprovecharla
Investigadores del Laboratorio de Nanotecnología de Superficies y Plasma del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMS) han desarrollado un dispositivo híbrido que se alimenta de la lluvia torrencial. Aplicando una película especializada, similar al teflón, de tan solo 100 nanómetros de espesor, a una célula solar de perovskita de alta eficiencia, han creado un panel que capta luz cuando hace sol y energía cinética cuando llueve.
El nuevo panel utiliza el efecto triboeléctrico. Cuando una gota impacta y se desliza sobre la superficie especialmente tratada, crea fricción y genera una diferencia de carga. Por ejemplo, una gota puede dejar un ion positivo mientras la superficie está cargada negativamente. La carga se recoge y se convierte en electricidad.
La paradoja de la perovskita
Para entender por qué esto es un “punto de inflexión”, hay que observar el material que contiene. Las perovskitas de haluro son las favoritas del mundo de las energías renovables. Son más baratas de fabricar que el silicio y su eficiencia se ha disparado de menos del 4% a más del 25% en tan solo unos años
Sin embargo, son notoriamente delicadas. “La vulnerabilidad inherente de las perovskitas de haluro a la humedad y a los factores ambientales estresantes sigue siendo un obstáculo crítico para su implementación generalizada”, señalan los investigadores en su artículo publicado en Nano Energy.
La exposición a la humedad suele convertir estos cristales de alta tecnología en un lodo amarillento e inútil de yoduro de plomo en cuestión de minutos. La consecuencia obvia es que estos paneles solares son extremadamente vulnerables a la lluvia y corren el riesgo de sufrir daños si sus recubrimientos no detienen el agua. Esto hace que este reciente trabajo, que cambia radicalmente el panorama, sea aún más asombroso.
Un escudo de recolección de energía para la tormenta
El equipo del ICMS utilizó una técnica denominada Deposición Química en Vapor Asistida por Plasma (PECVD) para desarrollar una capa protectora de polímero fluorado directamente sobre la célula. Este proceso se realiza a temperatura ambiente y no utiliza ningún disolvente. Esto significa que no daña las capas sensibles de la célula solar durante su aplicación.
Este recubrimiento de 100 nanómetros cumple una triple función. Actúa como escudo hidrófobo, elevando el ángulo de contacto con el agua a 110°, lo que duplica la resistencia de la celda a la humedad. Reduce la reflexión y aumenta la transparencia de la luz a más del 90%, lo que ayuda a la celda a absorber más luz solar que si estuviera desnuda. Además, funciona como un nanogenerador triboeléctrico de gotas (D-TENG). Cuando una gota de lluvia impacta la superficie y se desliza, la fricción crea un potencial eléctrico.
“Nuestro trabajo propone una solución avanzada que combina la tecnología fotovoltaica de células solares de perovskita con nanogeneradores triboeléctricos en una configuración de película delgada, demostrando así la viabilidad de implementar ambos sistemas de captación de energía”, explica Carmen López, investigadora principal del ICMS.
Convertir gotas en voltios
El equipo demostró que el recubrimiento optimizado puede generar picos de voltaje en circuito abierto de hasta 110 voltios al ser impactado por una sola gota de lluvia. Si bien la densidad de potencia total es relativamente baja (unos 4 milivatios por centímetro cuadrado), es más que suficiente para mantener en funcionamiento dispositivos electrónicos de bajo consumo sin batería.
En su laboratorio, los investigadores construyeron un prototipo autocargable que utilizaba un “convertidor elevador” personalizado para aumentar el voltaje. El híbrido solar-lluvia podía alimentar continuamente una matriz de LED rojos utilizando la luz solar, mientras que una matriz de LED verdes parpadeaba intermitentemente con cada golpe seco de una gota.
Las células encapsuladas conservaron más del 50% de su eficiencia inicial incluso después de 10 días de exposición a altas temperaturas y humedad. En una prueba de resistencia con inmersión en agua líquida, el dispositivo híbrido mantuvo su rendimiento durante más de 15 minutos, mientras que las células sin encapsular fallaron casi al instante.
Esta tecnología no pretende reemplazar por ahora las enormes matrices de silicio en los tejados. En cambio, es un ataque directo al creciente “Internet de las Cosas” (IdC). A medida que distribuimos millones de sensores en puentes, campos agrícolas y ciudades inteligentes para monitorizar todo, desde la contaminación hasta la integridad estructural, nos enfrentamos a una “crisis de baterías”: no podemos seguir cambiándolas.
“Su implementación en las llamadas ciudades inteligentes es viable, por ejemplo, en señalización, iluminación auxiliar autónoma o monitorización”, afirma el investigador Fernando Núñez. “También sería aplicable a estructuras de energía distribuida en zonas remotas, inaccesibles o aisladas, como las estaciones marinas”.
Al aprovechar la energía cinética de los impactos cinéticos de la lluvia, estos paneles pueden proporcionar un acceso robusto a estas pequeñas corrientes de energía en lugares donde los cables o las baterías tradicionales simplemente no funcionan, añadieron los investigadores. Nos aleja de un mundo donde los dispositivos simplemente se quedan en reposo cuando hace mal tiempo, y nos acerca a un futuro con mayor autonomía energética.
Fuente: ZME Science.