El revestimiento transparente enfría las células solares al tiempo que aumenta la eficiencia
Los ingenieros de la Universidad de Stanford han inventado un material transparente que pretende mejorar la eficiencia de las células solares al irradiar energía térmica (calor) al espacio.
Tres ingenieros de Stanford han desarrollado una tecnología que mejora el rendimiento del panel solar al desviar el calor generado por una celda solar bajo la luz solar y enfriarlo de una manera que le permite convertir más fotones en electricidad.
El trabajo de Shanhui Fan, profesor de ingeniería eléctrica en Stanford, el investigador asociado Aaswath P. Raman y el candidato a doctorado Linxiao Zhu se describe en la edición actual de Proceedings of the National Academy of Sciences.
El descubrimiento del grupo, probado en un tejado de Stanford, aborda un problema que durante mucho tiempo ha preocupado a la industria solar: cuanto más calientes se vuelven las células solares, menos eficientes se vuelven para convertir los fotones de la luz en electricidad útil.
La solución de Stanford se basa en un material de sílice modelado delgado que se coloca sobre una celda solar tradicional. El material es transparente a la luz solar visible que alimenta las células solares, pero captura y emite radiación térmica, o calor, de los rayos infrarrojos.
«Los paneles solares deben estar orientados hacia el sol para funcionar, aunque ese calor es perjudicial para la eficiencia», dijo Fan.
«Nuestra superposición térmica permite que la luz del sol pase, preservando o incluso mejorando la absorción de la luz solar, pero también enfría la celda al irradiar el calor y mejorar la eficiencia de la celda».
En 2014, el mismo trío de inventores desarrolló un material ultrafino que irradiaba calor infrarrojo directamente hacia el espacio sin calentar la atmósfera. Presentaron ese trabajo en Nature, y lo describieron como ‘enfriamiento radiativo’ porque desvió la energía térmica directamente al vacío profundo y frío del espacio.
En su nuevo artículo, los investigadores aplicaron ese trabajo para mejorar el rendimiento de los paneles solares cuando el sol está cayendo.
El equipo de Stanford probó su tecnología en un absorbedor solar hecho a medida, un dispositivo que imita las propiedades de una celda solar sin producir electricidad, cubierto con un patrón de escala de micrones diseñado para maximizar la capacidad de descargar calor, en forma de luz infrarroja. , en el espacio.
Sus experimentos mostraron que la superposición permitía que la luz visible pasara a través de las células solares, pero que también enfriaba el absorbente subyacente hasta 23 grados Fahrenheit.
Para una celda solar de silicio cristalino típica con una eficiencia del 20 por ciento, 23 ° F de enfriamiento mejoraría la eficiencia absoluta de la celda en más del uno por ciento.
Los investigadores dijeron que las nuevas superposiciones térmicas transparentes funcionan mejor en entornos secos y claros, que también son sitios preferidos para grandes paneles solares. Los investigadores creen que pueden escalar las cosas para que las aplicaciones comerciales e industriales sean factibles, tal vez utilizando la litografía de nanoimpresión, que es una técnica común para producir patrones a escala nanométrica.
«Esa no es necesariamente la única manera», dijo Raman, coautor del artículo. «Las nuevas técnicas y máquinas para fabricar este tipo de patrones seguirán avanzando. Soy optimista».
Zhu dijo que la tecnología tiene un potencial significativo para cualquier dispositivo o sistema al aire libre que requiera enfriamiento, pero requiere la preservación del espectro visible de la luz solar por razones prácticas o estéticas.
«Digamos que tiene un automóvil de color rojo brillante», dijo Zhu. «Realmente le gusta ese color, pero también le gustaría aprovechar cualquier cosa que pueda ayudar a enfriar su vehículo durante los días calurosos. Las superposiciones térmicas pueden ayudar con el enfriamiento pasivo, pero es un problema si no son completamente transparentes».
Esto se debe a que la percepción del color requiere que los objetos reflejen la luz visible, por lo que cualquier superposición debería ser transparente o, de lo contrario, estar ajustada de modo que absorba solo la luz fuera del espectro visible.
«Nuestra superposición térmica de cristal fotónico optimiza el uso de las porciones térmicas del espectro electromagnético sin afectar la luz visible», dijo Zhu, «para que pueda irradiar calor de manera eficiente sin afectar el color».