Un pigmento de tomate puede ser la clave para aumentar la eficiencia de los paneles solares

Jun 09, 2023

JONGHO SHIN/iStock

Una de las principales desventajas de la energía solar radica en la diferente eficiencia de los paneles solares.

Los términos "eficiencia de los paneles solares" y "eficiencia de las células solares" se refieren a la cantidad de luz solar que cada tecnología fotovoltaica puede convertir en energía utilizable.

Normalmente, la eficiencia de las células solares oscila entre el 15 y el 22 por ciento, dependiendo de la ubicación, el clima y otras condiciones naturales, y el tipo de sistema de energía solar utilizado.

Wikimedia Commons/Mark Buckawicki

Sin embargo, en los últimos años, los avances necesarios en la tecnología fotovoltaica han ayudado a aumentar esas cifras.

En 2022, uno de los descubrimientos más increíbles en este campo se atribuye a un equipo de investigadores chinos que descubrieron que el licopeno, el pigmento que hace que los tomates sean rojos, aumenta la eficiencia de las células solares basadas en perovskita del 20,57 por ciento al 23,62 por ciento.

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Algunos tipos de paneles solares funcionan mejor que otros.

Actualmente, la mayoría de los paneles solares comerciales (alrededor del 90 por ciento) están basados ​​en silicio porque es una opción relativamente rentable, ya que duran hasta 25 años y no requieren mucho mantenimiento.

Pero rara vez superan tasas de eficiencia del 20 al 25 por ciento.

Existen varios tipos de paneles solares basados ​​en silicio:

Paneles solares de silicio amorfo. Una de las alternativas más baratas del mercado, este tipo de panel solar contiene películas delgadas de una forma no cristalina de silicio llamada silicio amorfo (a-Si), que funciona como material semiconductor. La eficiencia de las células solares es aproximadamente del 6 al 13 por ciento.

Paneles solares de silicio policristalino.Estos paneles solares contienen fragmentos de una forma policristalina de silicio de alta pureza, fundidos en finas rodajas que forman las células solares.

Wikimedia Commons/Foto de Mariojan

Estos paneles solares basados ​​en silicio tienen muchos cristales, lo que dificulta que los electrones se muevan a través de ellos. Por lo tanto, la tasa de eficiencia de este tipo de paneles solares suele rondar el 13-16 por ciento.

Paneles solares de silicio monocristalino. Compuestos de silicio monocristalino puro organizado en obleas, estos paneles solares tienen un color negro oscuro y una tasa de eficiencia de aproximadamente entre el 17 y el 24 por ciento. Sin embargo, su fabricación puede resultar compleja y costosa.

Sociedad Americana de Energía Solar

Luego, tenemos paneles solares de perovskita, hechos de compuestos estructurados con perovskita como capa absorbente de luz. Se trata de compuestos basados ​​en la estructura cristalina del titanato de calcio, que permite la incrustación de diferentes cationes (iones cargados positivamente).

Los paneles solares de perovskita fabricados con perovskitas de haluro de plomo son de bajo costo y más eficientes que los paneles solares a base de silicio (la tasa de eficiencia es de alrededor del 25 por ciento). Sin embargo, se degradan fácilmente con la humedad, el calor, la luz y otros factores.

Wikimedia Commons/Stanford ENERGÍA, Mark Shwartz

Debido a su corta vida útil, estos paneles solares actualmente no son competitivos en el mercado. Aún así, sus otras características son prometedoras y los científicos no han renunciado a buscar nuevas formas de aumentar la estabilidad, durabilidad y eficiencia de los paneles.

Aquí es donde entra en juego el licopeno, el “pigmento del tomate”.

El licopeno es un antioxidante natural. Como tal, inhibe la oxidación, la reacción química responsable de los radicales libres.

Los radicales libres son iones, átomos o moléculas con un número impar de electrones. Esto los vuelve inestables y pueden activar reacciones que alteran el ADN, produciendo daño celular en los organismos vivos.

El licopeno se adhiere a los radicales libres generados por la radiación ultravioleta del sol, haciéndolos más estables. De esta manera, el pigmento protege los tomates y otros frutos rojos de los rayos UV al reducir el daño celular en el tejido de la piel.

Wikimedia Commons/Jeff Dahl

Sabiendo esto, los investigadores chinos plantearon la hipótesis de que el licopeno podría reducir la degradación de los paneles solares de perovskita producidos por los rayos UV, mejorando su durabilidad.

Pero después de las pruebas, descubrieron que el licopeno pasivaba los límites de los granos (la interfaz entre dos granos, o cristalitos, en materiales policristalinos), mejoraba la cristalinidad y la transparencia y reducía la densidad de las trampas de electrones, lo que en general mejoraba el flujo eléctrico en los paneles solares, aumentando así también su eficiencia.

Sin embargo, esta no es la primera vez que los científicos logran mejorar la eficiencia de los paneles solares de perovskita.

En abril de 2021, un equipo de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong añadió ferrocenos, un compuesto organometálico a base de hierro preparado por primera vez en 1951 en la Universidad de Duquesne, a las células solares de perovskita y aumentó su eficiencia al 25 por ciento, al mismo tiempo que pasó la prueba de estabilidad establecida por el Comisión Electrotécnica Internacional.

En septiembre de ese año, investigadores de los Países Bajos crearon un dispositivo tándem de perovskita y silicio de cuatro pines que utilizaba una mezcla de células solares de silicio con células solares de perovskita para extraer energía de la luz visible y del espectro infrarrojo (a través de las células solares de silicio), además de el espectro ultravioleta (a través de las células solares de perovskita). El dispositivo alcanzó una tasa de eficiencia del 30,1 por ciento.

En cuanto a los paneles solares basados ​​en silicio, una forma de mejorar su eficiencia es añadiendo finas capas de perovskita u otros materiales que absorban la luz (como el óxido de silicio). Otra forma es colocar reflectores de espejo en ángulos específicos cerca de los paneles solares para ayudarlos a absorber más luz solar.

Además, las lentes de Fresnel se pueden utilizar como concentradores solares para construir paneles solares que literalmente concentran la luz solar recibida en sus células solares.

Además de las técnicas mencionadas anteriormente, la eficiencia de los paneles solares puede verse influenciada por lo siguiente:

Las condiciones climáticas. Las altas temperaturas son problemáticas para la producción de energía solar porque el calor reduce la tensión de salida de los paneles solares. La cobertura de nubes reduce la luz solar directa que reciben los paneles solares y las fuertes nevadas pueden bloquearlos por completo.

Flickr/S. Max Klöppel

Orientación y ángulos. Los paneles solares deben estar expuestos al sol el mayor tiempo posible para ser más eficientes. Deberían mirar hacia el sur en el hemisferio norte y hacia el norte en el hemisferio sur, pero esto no significa que una orientación fija sea ideal. Se recomienda equipo para seguir el movimiento del Sol.

Sombreado. La sombra puede disminuir la eficiencia de los paneles solares a más de la mitad. Todos los tipos de paneles solares funcionan mejor cuando se instalan lejos de árboles altos u otros objetos que proyectan sombras y/o si tienen diodos de derivación conectados en paralelo a las células solares.

Mantenimiento. Con el tiempo, el polvo y la suciedad se acumulan en los paneles solares, reduciendo su rendimiento. La lluvia a menudo elimina la suciedad, razón por la cual los paneles solares requieren muy poco mantenimiento, pero es un hecho que los paneles solares deben permanecer limpios para funcionar con la máxima eficiencia.

Niveles de insolación. La “insolación” se refiere a la energía de la luz solar por unidad de área a lo largo del tiempo. Las variaciones regionales de los niveles de insolación según la ubicación del panel solar se pueden comprobar en el Power Data Access Viewer de la NASA.