Los ingenieros de Rice University han sugerido una solución para la recolección de energía de próxima generación: concentradores solares luminiscentes (LSC) en sus ventanas. Dirigido por el Ing. Rafael Verduzco y el investigador postdoctoral y autor principal Yilin Li de la Escuela de Ingeniería Brown de Rice, el equipo diseñó y construyó “ventanas” de un metro cuadrado que intercalan un polímero conjugado entre dos paneles acrílicos transparentes.
Está diseñado para absorber la luz en una longitud de onda específica y guiarla hacia los bordes del panel revestidos con células solares. Los polímeros conjugados son compuestos químicos que pueden ajustarse con propiedades químicas o físicas específicas para una variedad de aplicaciones, como películas conductoras o sensores para dispositivos biomédicos. El compuesto polimérico del laboratorio de Rice se llama PNV (para poli [naftaleno-alt-vinileno]) y absorbe y emite luz roja, pero el ajuste de los ingredientes moleculares debería permitirle absorber la luz en una variedad de colores. El truco es que, como guía de ondas, acepta la luz de cualquier dirección pero restringe cómo sale, concentrándola en las células solares que la convierten en electricidad. “La motivación de esta investigación es resolver los problemas energéticos de los edificios a través de la energía fotovoltaica integrada”, dijo Li, quien inició el proyecto como parte de un concurso de “vidrio inteligente”. “En este momento, los techos solares son la solución principal, pero es necesario orientarlos hacia el sol para maximizar su eficiencia, y su apariencia no es muy agradable. “Pensamos, ¿por qué no podemos hacer colectores solares coloridos, transparentes o translúcidos y aplicarlos al exterior de los edificios?” él dijo. El estudio aparece en la revista Polymer International.
Es cierto que la cantidad de energía generada por las unidades de prueba del equipo de Rice es mucho menor que la recolectada incluso por las células solares comerciales promedio, que habitualmente convierten alrededor del 20% de la luz solar en electricidad. Pero las ventanas LSC nunca dejan de funcionar. Reciclan la luz del interior del edificio en electricidad cuando se pone el sol. De hecho, las pruebas mostraron que eran más eficientes en convertir la luz ambiental de los LED que de la luz solar directa, a pesar de que la luz solar era 100 veces más fuerte. “Incluso en interiores, si sostienes un panel, puedes ver una fotoluminiscencia muy fuerte en el borde”, dijo Li, demostrando. Los paneles que probó mostraron una eficiencia de conversión de energía de hasta un 2,9% a la luz solar directa y un 3,6% bajo luz LED ambiental.
“Parte del problema con el uso de polímeros conjugados para esta aplicación es que pueden ser inestables y degradarse rápidamente”, dijo Verduzco, profesor de ingeniería química y biomolecular y de ciencia de materiales y nanoingeniería. “Pero hemos aprendido mucho sobre cómo mejorar la estabilidad de los polímeros conjugados en los últimos años y, en el futuro, podemos diseñar los polímeros para la estabilidad y las propiedades ópticas deseadas”.
El laboratorio también simuló el retorno de energía de paneles de hasta 120 pulgadas cuadradas. Informaron que estos paneles proporcionarían algo menos de energía, pero aún contribuirían a las necesidades de un hogar. Li señaló que el polímero también podría ajustarse para convertir la energía de la luz infrarroja y ultravioleta, permitiendo que esos paneles permanezcan transparentes.