Para optimizar el rendimiento de las placas solares no solo es necesario elegir a conciencia su ubicación. También se deben tener en cuenta factores tan aparentemente simples como su limpieza. Una placa solar sucia no absorberá los fotones de la luz solar con la misma eficacia que otra reluciente. Por eso, el futuro claramente está en las placas solares autolimpiables.
Estas son placas que, como su propio nombre indica, son capaces de limpiarse a sí mismas. Muchos grupos de investigación trabajan o han trabajado en esto, cada vez con mejores resultados. Entre los métodos desarrollados, uno de los más interesantes es el recubrimiento flexible nanoestructurado basado en grafeno, desarrollado por científicos de la Universidad de Almería a través de una investigación enmarcada en el programa EMERGIA. Este es un Proyecto de Excelencia de la Junta de Andalucía, con el que se busca atraer el talento y las ideas innovadoras desarrolladas en dicha comunidad autónoma.
Según ha explicado a Hipertextual el investigador principal del proyecto del recubrimiento, Andrés Nistal, “el objetivo de este proyecto es aumentar la eficiencia de los sistemas de aprovechamiento solar mediante el desarrollo de un recubrimiento multifuncional basado en un sistema fotocatalítico híbrido de óxido de titanio (TiO2)/grafeno”. Así se consiguen placas que absorben fotones para la obtención de energía de una forma muy eficiente, pero eso no es todo. “También se persigue que la superficie sea autolimpiable, para lo cual las nanopartículas de TiO2 ya han demostrado ser efectivas”. En resumen, se trata de un recubrimiento que aúna los materiales que mejores resultados han dado en investigaciones anteriores, con las conformaciones adecuadas para exprimir al máximo sus beneficios y obtener placas solares autolimpiables y muy eficientes.
Mantén limpias tus placas solares
Para tener un buen rendimiento, se calcula que las placas solares deberían limpiarse entre 3 y 4 veces al año. Si pasan más de 4-6 meses y no se han limpiado, se pierde entre un 5% y un 6% del rendimiento de las placas. Pero estas cifras son para la suciedad moderada, como el polvo. Si hay suciedad más densa, como los excrementos de pájaro, las pérdidas pueden ser de hasta un 40%.
Limpiarlas manualmente puede ser complejo, sobre todo en instalaciones en las que hay muchísimas unidades. Por eso, la mejor solución es utilizar placas solares autolimpiables.
Estas aprovechan un fenómeno conocido como fotocatálisis, que consiste en la transformación de energía solar en energía química a través de un material que acelera la reacción. En el proceso no solo se descomponen algunas de las sustancias que componen la suciedad y ayudan a eliminarla. También se liberan especies reactivas de oxígeno, unas moléculas oxidantes que atacan a los microorganismos que pueda haber en esa suciedad. Las placas, que ya de por sí están especializadas en captar la luz solar, quedan limpias y desinfectadas.
Se han probado muchos materiales para catalizar las reacciones fotoquímicas, pero el que hasta ahora parece más útil es el dióxido de titanio. Y es que no solo favorece las reacciones fotocatalíticas con muy buen rendimiento. También es fotoestable, no tóxico, respetuoso con el medioambiente y barato.
La importancia del grafeno en las placas solares autolimpiables
Normalmente, los filtros de dióxido de titanio absorben mayormente radiación ultravioleta en el proceso de fotocatálisis, pero eso hace el proceso menos eficiente, porque no es la que más abunda en las radiaciones que nos llegan del Sol. Según los cálculos realizados por los científicos de la Universidad de Almería, para aumentar la actividad fotocatalítica del dióxido de titanio se recomienda que las nanopartículas absorban en el espectro visible, que supone un 47% del espectro solar, en vez de en el UV, que solo representa un 9% del espectro solar.
Esto se consigue gracias al uso de sistemas fotocatalíticos híbridos con nanoestructuras de carbono basadas en grafeno. Básicamente, al dopar el dióxido de titanio con el grafeno, cambia la forma en la que se procesa la radiación solar que recibe, de manera que se aprovecha mayormente la del rango visible.
Además, el grafeno es un material muy útil en este tipo de procesos por varios motivos. Por un lado, está formado por átomos de carbono en una disposición hexagonal que le confiere una gran fortaleza a los enlaces C-C. Por eso, es un material muy resistente. Además, es transparente, con lo que, si se usa en un recubrimiento para placas solares, no absorbe luz, un proceso que restaría parte de la radiación que llega hasta ellas.
Finalmente, otra característica muy útil del grafeno es que su conductividad eléctrica depende de su orientación, por lo que se puede configurar el recubrimiento según sea necesario.
También debe ser eficiente
No solo se buscan placas solares autolimpiables. Lo ideal es que estas aprovechen al máximo la energía que les llega. Para eso, lo ideal es que usen materiales up-conversion. Estos son materiales que tienen la capacidad de emitir luz en la banda visible o ultravioleta del espectro tras absorber radiación de menor energía, como la infrarroja. Es decir, que emiten más energía de la que absorben, de modo que son la puerta de entrada ideal hacia las placas. Las nanopartículas capaces de realizar este proceso se conocen como UCNPs y son justamente las que se han usado para este recubrimiento.
¿Cómo sería el recubrimiento final de estas placas solares autolimpiables?
Teniendo todo esto en cuenta, los científicos de la Universidad de Almería han diseñado un recubrimiento con una matriz de silicona, que reúne todas esas características deseadas. Ya hemos visto que son necesarios los UCNPs y el grafeno, por lo que son los materiales que se han añadido a los filtros habituales de dióxido de titanio que ya se usaban para construir placas solares autolimpiables.
Las UCNPs deben encapsularse con un material aislante y transparente (por lo que ya hemos visto). Para ello se usan el sílice, cuya composición además es compatible con la silicona de la matriz principal.
En cuanto al sistema híbrido de dióxido de titanio y grafeno, se construye orientando el grafeno de tal manera que se elimine esa carga electrostática que atrae el polvo hacia las placas. Así, no solo se obtienen placas solares autolimpiables. También es más difícil que se lleguen a ensuciar.
El resultado final es fácilmente escalable a niveles industriales, algo que también es muy importante si se quiere llegar a usar ampliamente. Son todo ventajas para tener unas placas solares eficientes y limpias. Si queremos exprimir al máximo las energías renovables, se deben tener en cuenta todos los detalles.
