El innovador sistema que jubilará a las placas solares: luz y gas baratos gracias a la energía solar

El frío invernal vuelve con fuerza a muchas provincias de España, con los termómetros registrando bruscos descensos y el regreso de la nieve y las heladas. Eso supone un incremento notable en el gasto en luz y gas en los hogares, en un contexto en el que los precios siguen desbocados. Aunque hay soluciones para rebajar hasta un 80% la factura de calefacción, como la aerotermia, o ingeniosos inventos para bajar la factura de la luz usando el sol y sin instalar placas, uno de los campos más prometedores y con mayor margen de mejora es el de la energía termosolar.

Básicamente, estos sistemas lo que hacen es aprovechar la luz solar para transformarla en energía térmica. Pero las tecnologías utilizadas para lograrlo difieren mucho y, en la mayoría de los casos, implican un alto coste en la fabricación de los colectores solares, los paneles o tubos necesarios para llevar a cabo la transformación. El otro problema al que se enfrenta la energía termosolar es suprimir o reducir al máximo la disipación de energía manteniendo una alta absorción, lo que le hace perder eficiencia frente a otras alternativas energéticas.

Una investigación liderada por científicos de China y Singapur, publicada en la revista especializada APL Photonics, parece haber dado con la clave para solucionar estos dos inconvenientes. Y es que los colectores de energía solar existentes, habitualmente basados en la micro o nanoingeniería, carecen de la escalabilidad y flexibilidad suficientes. Por eso, los responsables de este estudio han propuesto una estrategia novedosa para captar la luz solar con un alto rendimiento que, a la vez, simplifica la fabricación y reduce los costes.

Un dispositivo innovador

Los investigadores de la Universidad de Harbin, la Universidad de Zhejiang, el Instituto de Óptica de Changchun y la Universidad Nacional de Singapur no sólo han teorizado acerca de cómo mejorar la energía termosolar, sino que han diseñado y fabricado pequeños colectores solares con mayor capacidad de conversión de energía, escalables y baratos. Por si fuera poco, también han conseguido que produzcan electricidad, lo que los sitúa como potencial alternativa tanto para las placas solares como para los sistemas de calefacción tradicionales.

"La energía solar se transmite como una onda electromagnética en un amplio rango de frecuencias", explica Ying Li, de la Universidad de Zhejiang. "Un buen colector termosolar debe ser capaz de absorber la onda y calentarse, convirtiendo así la energía solar en térmica. El proceso requiere una alta absorbancia (100% es perfecto), y un colector solar también debe suprimir su radiación para preservar la energía térmica, lo que requiere una baja emisividad".

Diagrama que muestra los dispositivos que absorben la energía solar Ying Li Omicrono

Así, los investigadores han renunciado a la nanofabricación, muy cara y poco flexible, para apostar por sucesivas capas de láminas de cobre y grafeno tratadas químicamente, junto a nanopartículas de hierro autoensamblables, capaces de formar una estructura organizada a partir de sus interacciones con partículas cercanas sin necesidad de instrucciones externas.

Esta "estructura nanofotónica cuasiperiódica" logra absorber más del 94% de la radiación solar y suprime la emisividad térmica, es decir, la pérdida de calor. Pero su mayor cualidad es que bajo la luz del sol, consigue un aumento rápido y significativo de la temperatura, superior a los 80 grados centígrados, cuando otros sistemas no consiguen pasar de los 45 ºC.

Diagrama que muestra la fabricación de los colectores solares híbridos Ying Li Omicrono

Además, el equipo añadió al dispositivo un colector termoeléctrico solar, plano y flexible, que alcanzó un voltaje sostenido de más de 20 milivoltios por centímetro cuadrado. Eso podría alimentar hasta 20 diodos emisores de luz por metro cuadrado de irradiación solar, un primer paso hacia un sistema híbrido capaz de generar tanto energía térmica como eléctrica. 

"Esperamos que esto inspire otros trabajos", afirma Li. "Esta estructura tan versátil y nuestra investigación fundamental pueden utilizarse para explorar el límite superior de la captación de energía solar, como los generadores termoeléctricos solares escalables y flexibles, que pueden servir como componente auxiliar de captación solar para aumentar la eficiencia total de las arquitecturas fotovoltaicas".

Otros sistemas termosolares

La tecnología termosolar lleva años desarrollándose, pero no ha sido hasta fechas recientes cuando se ha materializado en productos disponibles para los hogares de los consumidores finales. Hablamos de soluciones como los colectores solares de la firma británica Naked Energy, un sistema con el potencial de jubilar las placas solares. 

Su producto VirtuPVT se basa en una tecnología de tubos de vacío solares, que destacan por su capacidad para generar electricidad y calor simultáneamente. Lo mejor es que son hasta 4 veces más eficientes que las placas fotovoltaicas tradicionales, según sus creadores.

Los tubos solares que producen electricidad y calor. Naked Energy Omicrono

Se pueden instalar fácilmente en tejados y fachadas verticales de edificios y son tubos transparentes con dos capas de vidrio cerradas al vacío. En su interior, protegida de la humedad y la suciedad, guardan una placa solar de pequeñas dimensiones y de alta densidad para generar electricidad. 

El vacío en el interior del tubo reduce drásticamente las pérdidas térmicas, lo que permite obtener una mayor temperatura para el agua caliente y el calor procesado, incluso en climas fríos. Además, el sistema incluye una pletina reflectante que aumenta la producción de energía en todo tipo de ángulos de recepción de la radiación solar.

[Las ingeniosas placas solares que se doblan y generan energía barata en cualquier superficie]

El otro sistema que ofrece luz y calefacción barata y tiene un uso óptimo en un país como España son las burbujas SunSphere 360º. Son colectores solares con un peculiar diseño semiesférico, capaces de generar electricidad, climatizar piscinas y calentar tanto agua caliente como suelo radiante.

Tienen una estructura compuesta por dos cúpulas semiesféricas concéntricas de metacrilato de metilo de alto impacto, lo que las hace resistentes y duraderas. Entre las dos cúpulas se encuentra un absorbedor de energía conformado por un tubo de polipropileno de color negro que se asienta sobre seis soportes fijados sobre la cubierta inferior.

El colector solar SunSphere 360°. SunSphere Omicrono

Todo ello está colocado sobre una plancha de poliuretano que evita que el calor generado por el dispositivo se pierda por la base. Esta plancha se recubre de aluminio, que es lo que permite que la fracción de luz que pasa entre los tubos se refleje e incida en la parte interna del absorbedor para aprovecharla.

Las mayores ventajas de SunSphere 360º frente a otras soluciones energéticas es su reducido tamaño, con un diámetro máximo de 860 milímetros y una altura de 430 mm, y su ligereza, con un peso de apenas 9 kg. También ayuda su facilidad de instalación y uso. Pero su gran baza es que siempre está bien orientado debido a su forma, que le permite interceptar una cantidad de radiación solar importante en cualquier momento del día y en cualquier época del año.

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