Placas solares de interior, la solución para el Internet de las cosas

Placas solares de interior, la solución contra el impacto ambiental de internet de las cosas

placas solaresLas placas solares, como su propio nombre indica, necesitan el sol y, por lo tanto, se instalan al aire libre. En realidad, la energía fotovoltaica también se puede obtener dentro de casa.Solo necesitamos un ingrediente, la luz. Y si la radiación solar directa es sin duda la más productiva, también tenemos mucha luz desaprovechada en nuestros hogares y oficinas.

De hecho, para iluminar los espacios en los que trabajamos y vivimos producimos una cantidad de luz tan importante, tanto de día como de noche, que reciclarla parece una operación de puro sentido común. No sorprende entonces que en los últimos años muchos hayan estado trabajando en el desarrollo de placas solares de interior, optimizadas para almacenar toda la energía posible a partir de la luz presente en hogares, oficinas y edificios públicos.

El último descubrimiento en este campo proviene de un equipo de investigadores suecos y chinos, que en las páginas de ‘Nature Energy‘ han presentado un nuevo tipo de célula fotovoltaica orgánica capaz de trabajar en interiores. Sin embargo, no son los únicos que trabajan en esta dirección.

El Internet de las cosas tiene hambre de energía

El llamado internet de las cosas (IoT) es una realidad compuesta por una miríada de dispositivos siempre conectados, hambrientos de energía. Pronto estaremos rodeados por objetos, cada uno con su batería, que aumentarán rápidamente los costes y el impacto ambiental del IoT. Por esta razón, la búsqueda de fuentes de energía limpia y sostenible es cada vez más necesaria.

Las placas solares más utilizadas emplean tecnologías refinadas a lo largo de los años para trabajar al aire libre. Así que en interiores es posible que no sean igualmente efectivas. Expuesto al sol, un panel de silicio policristalino, la tecnología más extendida para sistemas al aire libre, tiene una eficiencia de alrededor del 15%. Es decir, convierte el 15% de la energía incidente en electricidad. Sin embargo, una vez que se coloca en condiciones de iluminación doméstica, la eficiencia cae drásticamente, a alrededor del 4%.

La eficiencia de las placas solares depende del espectro y la intensidad de la luz que las golpea, y entre las luces artificiales y la luz solar hay una gran diferencia. También en los objetos que incorporan pequeños paneles solares, como calculadoras o relojes digitales, la productividad en interior no es la mejor. En estos casos, se suelen usar celdas de silicio amorfo, que en condiciones de iluminación doméstica no exceden el 9-10% de eficiencia. De ahí nace la necesidad de crear nuevos paneles fotovoltaicos desarrollados específicamente para optimizar el rendimiento en condiciones de iluminación interior.

Internet de las cosas

Placas solares de interior

Los investigadores de la Universidad de Beijing (China) y de la Universidad Sueca de Linköping han utilizado una tecnología diferente para fabricar sus placas solares. Apostaron por construir una célula solar orgánica que en lugar de silicio utiliza polímeros, semiconductores orgánicos y otros compuestos de carbono como material activo. Al elegir una mezcla particular de materiales, optimizaron el rendimiento de sus células fotovoltaicas para operar bajo condiciones de iluminación artificial.

Luego probaron los paneles con una intensidad de luz de mil lux, condiciones que se pueden encontrar en espacios con luces artificiales muy intensas, como un supermercado o un plató de televisión. Los científicos experimentaron con dos tamaños diferentes: placas de un centímetro cuadrado y de cuatro centímetros. Los resultados fueron alentadores. Para el panel más pequeño, los investigadores lograron una eficiencia del 26,1%, mientras que el más grande llegó al 23%.

placas solares

El camino de la perovskita

Otros investigadores llevan tiempo desarrollando células fotovoltaicas de interior a base de perovskita. Se trata de compuestos minerales con una estructura cristalina peculiar que incorpora iones de yodo y plomo y un ion orgánico. En exteriores alcanzan una eficiencia de alrededor del 25%. Sin embargo, todavía no han logrado su uso generalizado debido a una estabilidad operativa insuficiente. El mismo problema de las células orgánicas, cuya eficiencia en exteriores actualmente es de alrededor del 15%. No obstante, para un uso interno, en condiciones protegidas y por una duración limitada a la vida útil de un dispositivo electrónico, podrían ser soluciones válidas.

A raíz de esa idea, varias investigaciones en los últimos años han empezado a dar resultados alentadores. Inicialmente los paneles de perovskita alcanzaban un 12% de eficiencia en condiciones de iluminación doméstica. El último prototipo, presentado el año pasado en las páginas de la revista sectorial ‘Nano Energy‘ por el físico Thomas Brown, ha logrado una eficiencia del 27% y alrededor del 20% bajo exposición directa al sol.

En comparación con el silicio, la perovskita también tiene la ventaja de poder imprimirse con tintas especiales. Esto reduce significativamente los costes de producción y hace que el material sea adecuado para muchos tipos de aplicaciones, como películas de plástico flexible, que alcanzan una eficiencia del 13%, o para aplicaciones sobre vidrio flexible ultrafino.

placas fotovoltaicas

¿Qué tamaño deben tener LAS placas solares?

Brown ha calculado el tamaño que deberían tener sus paneles fotovoltaicos para alimentar diferentes tipos de dispositivos electrónicos. Para sensores de baja potencia, como los de temperatura, monitoreo de aire o humedad, se necesitaría un superficie de cuatro centímetros cuadrados en presencia de 200 lux con bombillas LED. Y de aproximadamente tres centímetros cuadrados con 500 lux (las áreas más iluminadas, como las oficinas). Para los sensores que requieren un poco más de energía, como los de movimiento, se deberían alcanzar los seis centímetros cuadrados a 200 lux y cuatro centímetros cuadrados a 500 lux. Y para dispositivos aún más complejos, como una cámara de seguridad, la superficie requerida es de aproximadamente ocho y cinco centímetros cuadrados.

En comparación con las baterías, las placas solares de interior tienen la ventaja de no tenerse que cambiar y pueden miniaturizarse más fácilmente. Representan una forma de reciclar el exceso de luz que producimos en nuestros hogares, oficinas y espacios públicos. Actualmente, en el mercado hay casi solo paneles de interior hechos con celdas de silicio. Y los pocos disponibles con tecnologías más avanzadas siguen siendo prototipos.

Con el interés adecuado por parte de las empresas, estas tecnologías podrían escalarse rápidamente para la producción industrial. De esta manera, se aceleraría también la difusión del internet de las cosas, la domótica y el big data para salud, planificación energética e infraestructuras.

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Imágenes | Public Domain Files/US Department of Energy, Pxhere, Needpix, Flickr/University of Oxford Press Office

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