Nuevos paneles solares succionan agua del aire para enfriarse

La energia solar dia tras dia nos sorprende con nuevos adelantos en paneles solares, estos son los dispositivos encargados de generar electricidad directamente de la luz solar.

Como los humanos, los paneles solares no funcionan bien cuando se sobrecalientan. Ahora, los investigadores han encontrado una manera de hacerlos “sudar”, permitiéndoles enfriarse y aumentar su producción de energía.

Es “una [forma] simple, elegante y eficaz de modernizar los paneles de células solares existentes para un aumento instantáneo de la eficiencia”, dice Liangbing Hu, científico de materiales de la Universidad de Maryland, College Park.

Hoy en día, existen más de 600 gigavatios de capacidad de energía solar en todo el mundo, lo que proporciona el 3% de la demanda mundial de electricidad. Se espera que esa capacidad se multiplique por cinco durante la próxima década. La mayoría usa silicio para convertir la luz solar en electricidad. Pero las células de silicio típicas convierten solo el 20% de la energía solar que las golpea en corriente. Gran parte del resto se convierte en calor, que puede calentar los paneles hasta en 40 ° C. 

Y con cada grado de temperatura por encima de los 25 ° C, la eficiencia del panel disminuye. En un campo donde los ingenieros luchan por cada aumento del 0,1% en la eficiencia de conversión de energía, incluso un aumento del 1% sería una bendición económica, dice Jun Zhou, científico de materiales de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong.

Hace décadas, los investigadores demostraron que enfriar los paneles solares con agua puede proporcionar ese beneficio. Hoy en día, algunas empresas incluso venden sistemas refrigerados por agua. Pero esas configuraciones requieren abundante agua disponible y tanques de almacenamiento, tuberías y bombas. Eso es de poca utilidad en regiones áridas y en países en desarrollo con poca infraestructura.

Ingrese a un colector de agua atmosférica. En los últimos años, los investigadores han ideado materiales que pueden succionar el vapor de agua del aire y condensarlo en agua líquida para beber. Entre los mejores se encuentra un gel que absorbe fuertemente el vapor de agua por la noche, cuando el aire es fresco y la humedad es alta. 

El gel, una mezcla de nanotubos de carbono en polímeros con una sal de cloruro de calcio que atrae el agua, hace que el vapor se condense en gotitas que contiene el gel. Cuando aumenta el calor durante el día, el gel libera vapor de agua. Si se cubre con un plástico transparente, el vapor liberado queda atrapado, se condensa nuevamente en agua líquida y fluye hacia un recipiente de almacenamiento.

Peng Wang, un ingeniero ambiental de la Universidad Politécnica de Hong Kong, y sus colegas pensaron en otro uso del agua condensada: refrigerante para paneles solares. Entonces, los investigadores presionaron una hoja de gel de 1 centímetro de espesor contra la parte inferior de un panel solar de silicio estándar. Su idea era que durante el día, el gel extraería calor del panel solar para evaporar el agua que había extraído del aire la noche anterior, liberando el vapor a través de la parte inferior del gel. El agua que se evapora enfría el panel solar como el sudor que se evapora de la piel nos enfría.

Los investigadores encontraron que la cantidad de gel que necesitaban dependía principalmente de la humedad ambiental. En un ambiente desértico con una humedad del 35%, un panel solar de 1 metro cuadrado requería 1 kilogramo de gel para enfriarlo, mientras que un área húmeda con 80% de humedad requería solo 0.3 kilogramos de gel por metro cuadrado de panel.

El resultado en cualquier caso: la temperatura del panel solar enfriado por agua se redujo hasta en 10 ° C. Y la producción de electricidad de los paneles enfriados aumentó en un promedio del 15% y hasta el 19% en una prueba al aire libre, donde el viento probablemente mejoró el efecto de enfriamiento, informan Wang y sus colegas hoy en Nature Sustainability .

«El aumento de la eficiencia es significativo», dice Zhou. Pero señala que la lluvia podría disolver la sal de cloruro de calcio en el gel, minando su capacidad de atracción de agua. Wang está de acuerdo, pero señala que el hidrogel se encuentra debajo del panel solar, que debería protegerlo de la lluvia. Él y sus colegas también están trabajando en un gel de segunda generación que no debería degradarse, incluso cuando está húmedo.

Otra opción de diseño, dice Wang, es una configuración que podría atrapar y volver a condensar el agua después de que se evapore del gel. Esa agua, dice, podría usarse para limpiar cualquier polvo que se acumule en los paneles solares, resolviendo un segundo problema de consumo de energía al mismo tiempo. Alternativamente, esa misma agua podría almacenarse para beber, respondiendo a otra necesidad desesperada en las regiones áridas.