El invento que dispara la energía de las placas solares sin cambiar la instalación: baja su temperatura y sube la eficiencia

España sigue siendo un referente en el despliegue de las energías renovables, con el 54% de la energía procedente de fuentes como la eólica y la solar, según datos de Red Eléctrica Española. En el caso de la fotovoltaica, hay una desventaja que preocupa especialmente a científicos y fabricantes, y es la pérdida de eficiencia en la conversión de energía debido al calor que se acumula en su superficie. Desde hace años, distintas investigaciones buscan la cuadratura del círculo añadiendo sistemas de refrigeración, como el invento español que hace más potentes las placas solares sin tener que cambiar la instalación.

Dentro de estos proyectos, los más prometedores son los que buscan soluciones pasivas, que no consuman energía en el proceso de refrigeración. Una de las investigaciones más recientes, publicada en la revista Advanced Materials Technologies, se centra en el desarrollo de un hidrogel ligero capaz de reducir más de 20ºC la temperatura de unos paneles solares, lo que supuso una mejora de su eficiencia superior al 12%.

"Hemos creado un sistema de refrigeración pasiva que requiere mucho menos material, pero que produce una capacidad y una potencia de refrigeración muy elevadas en comparación con los sistemas de referencia. Nuestro diseño de hidrogel tiene un polímero termorresponsable como red principal, entrelazado con otro polímero que es hidrófilo", explica Pichaya Pattanasattayavong, coautor de la investigación llevada a cabo por especialistas de Instituto Vidyasirimedhi de Ciencia y Tecnología (VISTEC) de Tailandia.

Menos calor, más eficiencia

La energía solar fotovoltaica, la renovable más barata, más segura y la que menos contamina teniendo en cuenta todo su ciclo de vida, tiene todavía que resolver el problema de la eficiencia: los paneles de silicio actuales, los que se instalan habitualmente tanto en los tejados de las casas como en las grandes granjas solares, sólo convierten en energía entre un 20 y un 25% de la radiación solar recibida, unas cifras que descienden todavía más cuando el panel se calienta en exceso.

Esa eficiencia puede caer por debajo del 15% en entornos con poca nubosidad y alta radiación solar durante muchos días al año, como sucede en España. En zonas desérticas, donde el potencial de la energía solar es enorme, los paneles pueden superar los 70º C, lo que reduce todavía más el porcentaje. Además, el exceso de temperatura también causa problemas adicionales relacionados con los ciclos térmicos y degrada más rápidamente los paneles, reduciendo su vida útil.

Diagrama de la investigación del equipo del VISTEC VISTEC Omicrono

Las soluciones más habituales pasan por utilizar revestimientos reflectantes, una limpieza periódica, métodos de refrigeración por agua o sistemas de ventilación, pero suelen ser costosas y en algunos casos añaden un consumo de energía constante, lo que disminuye del impacto de la reducción de la temperatura.

Otra tendencia creciente es la refrigeración con hidrogeles de cambio de fase, como la que proponen los investigadores tailandeses, pero hasta la fecha eso añadía un peso considerable a los paneles fotovoltaicos, lo que limitaba su aplicación. Por eso, este equipo del VISTEC ha apostado por una composición con redes de polímeros semi-interpenetrantes (semiIPN) y termosensibles conocidos por las siglas PNIPAM.

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"Lo más importante es que el peso requerido para nuestro sistema optimizado, el hidrogel semiIPN con un 15% en peso de PNIPAM/PAM, era de sólo 5,14 kg/m2, lo que supone una reducción del 80-85% con respecto a otros ejemplos", sostienen los investigadores, que señalan que su menor peso supera uno de los inconvenientes de la refrigeración con materiales de cambio de fase.

Fase de pruebas

Para comprobar su rendimiento, estos compuestos se aplicaron en la parte posterior de láminas metálicas fijadas a pequeños paneles fotovoltaicos de 4,8 cm × 6 cm suministrados por la empresa británica Kitronik. Para lograr resultados fiables necesitaban comparar los datos obtenidos por tres configuraciones distintas sometidas a las mismas condiciones ambientales: placas solares sin ningún añadido, otras con un hidrogel PNIPAM convencional y, por último, los paneles con el nuevo hidrogel desarrollado por Pattanasattayavong y su equipo.

Ejemplos de las pruebas realizadas con los hidrogeles aplicados a placas solares VISTEC Omicrono

Según los resultados obtenidos en condiciones reales, éste último facilitó una reducción de temperatura máxima de 23º C, bajando de los 70º hasta los 47º C. Eso aumentó la eficiencia de conversión de energía (PCE, por sus siglas en inglés) en un 12,3% relativo en comparación con el dispositivo de referencia.

"Lo más sorprendente", sostiene Pattanasattayavong, "fue comprobar el drástico cambio de temperatura de las células solares fotovoltaicas tras aplicar nuestro material. Sorprendentemente, se necesita un 90% menos de material para lograr una reducción de la temperatura inferior a 20º C y un aumento de la eficiencia superior al 12%". En comparación, el hidrogel PNIPAM convencional logró una reducción de la temperatura de 15º C, lo que supuso un aumento relativo de la eficiencia del 7,4%.

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"Hemos recibido comentarios muy positivos de nuestros socios industriales, que están interesados en elevar el nivel de preparación tecnológica de nuestros hallazgos para su aplicación práctica", afirma el investigador, aunque reconoce que queda mucho camino por delante para poder llevar su solución al mercado. "Por un lado, nos gustaría comprender mejor la relación entre la estructura del material, la velocidad de enfriamiento y la potencia de refrigeración. Por otro, estamos trabajando en el diseño de un proceso eficiente y práctico para producir y aplicar una capa de nuestro material en la parte posterior de las células fotovoltaicas".