Un tinte para crear cristales que imitan al iris facilita la conversión de rascacielos e invernaderos en centrales energéticas

El sentido de la vista ha inspirado numerosos avances tecnológicos, desde el diseño de sensores al desarrollo de cámaras capaces de discernir la información relevante para tomar decisiones con un menor consumo de información y energía. Ahora, la funcionalidad del iris para adaptarse a las diferentes condiciones de luz ha inspirado a un grupo internacional de 24 investigadores de seis instituciones para desarrollar un tinte fotocromático capaz de regular sin dispositivos externos la luz que necesita, por ejemplo, una placa fotovoltaica. Este avance, publicado en Nature y distinguido con un premio internacional de la Royal Society of Chemistry, permitiría convertir un rascacielos acristalado o una zona de invernaderos en monumentales generadores de energía sin alterar las condiciones de habitabilidad y funcionamiento del interior.

El avance surge, según explican los investigadores en Nature, de una limitación que marca el aprovechamiento de la energía solar: la fabricación de células solares con una transmisión óptica fija. De esta forma, o no se aprovechan al 100% las condiciones de luz a lo largo del día o se tiene que recurrir a dispositivos externos de orientación buscando la mejor disposición para cada hora, algo difícil de aplicar en estructuras fijas, como edificios.

El grupo Nanomateriales y Dispositivos para la Conversión de Energía de la Universidad Pablo de Olavide (Sevilla), liderado por el catedrático Juan Antonio Anta, se incorporó al equipo internacional PISCO, para salvar esta brecha. El objetivo es desarrollar tintes fotocromáticos que, aplicados a células solares semitransparentes, sean capaces de adaptarse a las condiciones de iluminación, manteniendo la mayor transparencia cuando la luminosidad sea baja y oscureciéndose al recibir una radiación plena.

“Este trabajo demuestra la viabilidad de combinar dos funciones que suelen ser difíciles de conciliar, el fotocromismo y la fotovoltaica, dentro de un solo dispositivo y utilizando una sola molécula. Representa un paso importante hacia ventanas dinámicas y generadoras de energía para la próxima generación de edificios e infraestructuras”, resalta la Royal Society of Chemistry.

Según explica Anta, el tinte fotocromático “son unas moléculas capaces de cambiar de color en función de la luz para incorporarlas a células solares semitransparentes que puedan ser utilizadas en ventanas inteligentes”,

“La idea”, añade, “es incorporar paneles fotovoltaicos en edificios. Para incorporar una célula solar en un ventanal necesitas que sea semi transparente y que además la ventana sea inteligente, es decir, que se oscurezca durante el día al mismo tiempo que produce electricidad. Otra aplicación que también estamos explorando ahora es en invernaderos, donde tendrían una utilidad doble: generar energía y la protección de la planta”.

Una de las limitaciones de los sistemas actuales es la inestabilidad de los materiales. La generación fotovoltaica, aunque parezca paradójico, es menor durante el verano por el calor. Este reduce la efectividad del silicio, el elemento más común en los paneles actuales. Esta pérdida se compensa en parte con el mayor número de horas de luz, pero a la energía fotovoltaica le interesa una radiación moderada.

La temperatura, y no solo la radiación, es importante, por lo que la técnica desarrollada por el grupo PISCO, fundamentada en colorantes orgánicos, busca también una fórmula que la haga más estable y robusta, así como más ágil a los cambios de las condiciones de iluminación.

El objetivo principal es garantizar una estabilidad térmica en el interior de los edificios sin que se reste en ningún momento la capacidad de generación energética. Las moléculas investigadas para el innovador tinte están inspiradas en el ojo, porque son las que mejor responden a la luz.

El equipo de la UPO, además de Juan Antonio Anta, lo integran el catedrático Gerko Oskam, los postdoctorantes Renán Escalante y Valid Mwalukuku, y la estudiante predoctoral Patricia Sánchez Fernández. El equipo de Anta se centra en el estudio de procesos de fotoconversión de energía, optoelectrónica y simulación en células solares, pero también se aplican a materiales novedosos para la generación solar de hidrógeno.

“Esta tecnología tiene el potencial contribuir de forma significativa a convertir las ventanas pasivas en células solares activas. Para las aplicaciones de ventanas, tanto la transparencia como la capacidad de proporcionar sombra cuando sea necesario son características clave, y este enfoque puede lograr ambas cosas mientras genera energía”, explica Johan Liotier, químico de la Universidad de Friburgo y miembro del equipo.

En el ámbito de la energía solar, el investigador Eduardo Fernández Camacho, catedrático del departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática de la Universidad de Sevilla, también ha sido reconocido con una ayuda del European Research Council (ERC) para el proyecto Cooperative Optimal Control of Solar Plants. El objetivo principal de esta investigación es demostrar que los algoritmos de Control Predictivo por Modelos Cooperativos con Múltiples Escenarios (MSC-MPC) pueden aplicarse de forma eficaz para optimizar la producción de plantas solares comerciales. La idea principal es la coordinación de los distintos subsistemas de una planta para optimizar la producción con un horizonte de varios días teniendo en cuenta las incertidumbres sobre las condiciones ambientales y de mercado.