Un pigmento de tomate puede ser la clave para aumentar la eficiencia de los paneles solares

JONGHO SHIN/iStock

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Una de las principales desventajas de la energía solar radica en la eficiencia variable de los paneles solares.

Los términos "eficiencia del panel solar" y "eficiencia de la celda solar" se refieren a la cantidad de luz solar que cada tecnología fotovoltaica puede convertir en energía utilizable.

Por lo general, la eficiencia de las celdas solares oscila entre el 15 y el 22 por ciento, según la ubicación, el clima y otras condiciones naturales, y el tipo de sistema de energía solar utilizado.

Wikimedia Commons/Mark Buckawicki

Sin embargo, en los últimos años, los avances necesarios en la tecnología fotovoltaica han ayudado a aumentar esas cifras.

En 2022, uno de los descubrimientos más increíbles en este campo se atribuye a un equipo de investigadores chinos que descubrió que el licopeno, el pigmento que hace que los tomates sean rojos, aumenta la eficiencia de las células solares basadas en perovskita del 20,57 % al 23,62 %.

Algunos tipos de paneles solares funcionan mejor que otros.

Actualmente, la mayoría de los paneles solares comerciales (alrededor del 90 por ciento) están basados ​​en silicio porque es una opción relativamente rentable, ya que duran hasta 25 años y no requieren mucho mantenimiento.

Pero rara vez superan las tasas de eficiencia del 20 al 25 por ciento.

Hay varios tipos de paneles solares a base de silicio:

Paneles solares de silicio amorfo. Una de las alternativas más económicas del mercado, este tipo de panel solar contiene películas delgadas de una forma no cristalina de silicio llamada silicio amorfo (a-Si), que funciona como material semiconductor. La eficiencia de las células solares es aproximadamente del 6 al 13 por ciento.

Paneles solares de silicio policristalino.Estos paneles solares contienen fragmentos de silicio policristalino de alta pureza, fundidos en finas láminas que forman las células solares.

Foto de Wikimedia Commons/Mariojan

Estos paneles solares a base de silicio tienen muchos cristales, lo que dificulta que los electrones se muevan a través de ellos. Por lo tanto, la tasa de eficiencia de este tipo de panel solar suele estar entre el 13 y el 16 por ciento.

Paneles solares de silicio monocristalino. Compuestos de silicio monocristalino puro organizado en obleas, estos paneles solares tienen un color negro oscuro y una tasa de eficiencia de aproximadamente 17 a 24 por ciento. Sin embargo, su fabricación puede ser compleja y costosa.

Sociedad Americana de Energía Solar

Luego, tenemos paneles solares de perovskita, hechos de compuestos estructurados con perovskita como capa absorbente de luz. Se trata de compuestos basados ​​en la estructura cristalina del titanato de calcio, que permite la incrustación de diferentes cationes (iones con carga positiva).

Los paneles solares de perovskita fabricados con perovskitas de haluro de plomo son de bajo costo y más eficientes que los paneles solares basados ​​en silicio (la tasa de eficiencia es de alrededor del 25 por ciento). Sin embargo, se degradan fácilmente con la humedad, el calor, la luz y otros factores.

Wikimedia Commons/Stanford ENERGÍA, Mark Shwartz

Debido a su corta vida útil, estos paneles solares actualmente no son competitivos en el mercado. Aún así, sus otras características son prometedoras y los científicos no han renunciado a buscar nuevas formas de aumentar la estabilidad, durabilidad y eficiencia de los paneles.

Aquí es donde entra el licopeno, el "pigmento del tomate".

El licopeno es un antioxidante natural. Como tal, inhibe la oxidación, la reacción química responsable de los radicales libres.

Los radicales libres son iones, átomos o moléculas con un número impar de electrones. Esto los vuelve inestables y pueden activar reacciones que alteran el ADN, produciendo daño celular en los organismos vivos.

El licopeno se adhiere a los radicales libres generados por la radiación ultravioleta del sol, haciéndolos más estables. De esta manera, el pigmento protege a los tomates y otras frutas rojas de los rayos UV al reducir el daño celular en el tejido de su piel.

Wikimedia Commons/Jeff Dahl

Sabiendo esto, los investigadores chinos plantearon la hipótesis de que el licopeno podría reducir la degradación de los paneles solares de perovskita producidos por los rayos UV, mejorando su durabilidad.

Pero después de las pruebas, descubrieron que el licopeno pasivaba los límites de los granos (la interfaz entre dos granos, o cristalitos, en materiales policristalinos), mejoraba la cristalinidad y la transparencia, y reducía la densidad de las trampas de electrones, lo que en general mejoraba el flujo eléctrico en los paneles solares, aumentando así también su eficiencia.

Sin embargo, esta no es la primera vez que los científicos logran mejorar la eficiencia de los paneles solares de perovskita.

En abril de 2021, un equipo de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong agregó ferrocenos, un compuesto organometálico a base de hierro preparado por primera vez en 1951 en la Universidad de Duquesne, a las células solares de perovskita y aumentó su eficiencia al 25 por ciento, al tiempo que superó la prueba de estabilidad establecida por la Comisión Electrotécnica Internacional.

En septiembre de ese año, investigadores de los Países Bajos crearon un dispositivo tándem de perovskita y silicio de cuatro pines que usaba una mezcla de celdas solares de silicio con celdas solares de perovskita para extraer energía de la luz visible y el espectro infrarrojo (a través de las celdas solares de silicio) más el espectro ultravioleta (a través de las células solares de perovskita). El dispositivo logró una tasa de eficiencia del 30,1 por ciento.

En cuanto a los paneles solares a base de silicio, una forma de mejorar su eficiencia es agregar capas delgadas de perovskita u otros materiales absorbentes de luz (como el óxido de silicio). Otra forma es colocar reflectores de espejo en ángulos específicos cerca de los paneles solares para ayudarlos a absorber más luz solar.

Además, las lentes de Fresnel se pueden usar como concentradores solares para construir paneles solares que literalmente concentran la luz solar recibida en sus células solares.

Además de las técnicas mencionadas anteriormente, la eficiencia del panel solar puede verse influenciada por lo siguiente:

Las condiciones climáticas. Las altas temperaturas son problemáticas para la producción de energía solar porque el calor reduce la salida de voltaje de los paneles solares. La cobertura de nubes reduce la luz solar directa que reciben los paneles solares, y las fuertes nevadas pueden bloquearlos por completo.

Flickr/S. Max Kloeppel

Orientación y ángulos. Los paneles solares deben estar expuestos al sol tanto como sea posible para ser más eficientes. Deben mirar hacia el sur en el hemisferio norte y hacia el norte en el hemisferio sur, pero esto no significa que una orientación fija sea ideal. Se recomienda equipo para seguir el movimiento del Sol.

Sombreado. La sombra puede disminuir la eficiencia de los paneles solares en más de la mitad. Todos los tipos de paneles solares funcionan mejor cuando se instalan lejos de árboles altos u otros objetos que proyectan sombras y/o si tienen diodos de derivación conectados en paralelo a las celdas solares.

Mantenimiento. Con el tiempo, el polvo y los desechos se acumulan en los paneles solares, lo que reduce su rendimiento. La lluvia a menudo elimina la suciedad, por lo que los paneles solares requieren muy poco mantenimiento, pero es un hecho que los paneles solares deben permanecer limpios para funcionar con la máxima eficiencia.

Niveles de insolación. "Insolación" se refiere a la energía de la luz solar por unidad de área a lo largo del tiempo. Las variaciones regionales de los niveles de insolación según la ubicación del panel solar se pueden verificar en el Visor de acceso a datos de energía de la NASA.