TECNOLOGÍA. Lentes piramidales para aumentar la captación de luz solar en las células solares

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Una nueva tecnología pasiva puede recoger la luz solar que la golpea desde cualquier ángulo y doblarla hacia la celda solar que se encuentra debajo.

Las células solares son una fuente cada vez más importante de energía renovable, pero todavía hay margen de mejora. Los ingenieros de Stanford ahora han desarrollado una lente en forma de pirámide que puede enfocar la luz del sol desde cualquier ángulo sobre una celda solar, manteniéndola acumulando energía desde el amanecer hasta el atardecer.

Las celdas solares funcionan mejor bajo la luz solar directa, lo que significa que muchas de ellas pueden tener solo unas pocas buenas horas de generación de energía por día. Otros maximizan su tiempo de trabajo moviéndose activamente para seguir al Sol por el cielo, pero eso consume energía y agrega complejidad mecánica.

Para el nuevo estudio, el equipo de Stanford se propuso desarrollar una tecnología pasiva que pueda recolectar la luz solar que la incide desde cualquier ángulo y la concentra hacia la celda solar que se encuentra debajo. 

El resultado final es una serie de estructuras en forma de pirámide invertida que el equipo llama lentes de índice graduado axialmente (AGILE), que formarían una capa que reemplaza la superficie protectora superior de una celda solar. La investigación fue publicada en la revista Microsystems & Nanoengineering .

AGILE es una matriz de lentes en forma de pirámide invertida que concentra la luz solar en una celda solar. Nina Vaidya

En las pruebas, los prototipos AGILE pudieron capturar más del 90 por ciento de la luz que llega a su superficie, enfocándola para que sea tres veces más brillante cuando llegue a la celda solar. El equipo dice que este sistema podría mejorar la eficiencia de las células solares al permitirles recolectar luz solar indirecta, así como aumentar su rendimiento en condiciones y climas menos que ideales.

AGILE suena bastante simple, pero la ingeniería detrás de esto es bastante complicada. Cada pequeña pirámide está formada por una pila de diferentes vidrios y polímeros con diferentes índices de refracción; esencialmente, cada capa desvía la luz entrante en un grado diferente. La capa superior tiene un índice de refracción bajo para permitir que la luz entre desde cualquier ángulo, pero cada paso hacia abajo la dobla un poco más, hasta que se enfoca en la celda solar de abajo. Los lados están espejados para hacer rebotar cualquier luz descarriada hacia donde debe ir. Por otro lado, la concentración de energía en un punto de la celda podría alterar su correcto funcionamiento y perder el poder de generar electricidad a largo plazo.

Impresión artística de cómo sería una matriz AGILE. Nina Vaidya

Estos múltiples materiales también permiten que el dispositivo capture un amplio espectro de luz, desde el ultravioleta cercano hasta el infrarrojo. El equipo también tuvo que asegurarse de que los materiales funcionaran bien juntos; por ejemplo, que se expandieran con el calor a un ritmo similar para no romper el dispositivo. Incluso utilizando varios materiales, el equipo demostró que AGILE se puede imprimir en 3D.

El equipo dice que el nuevo sistema podría ayudar a expandir los lugares donde se puede usar la energía solar, reduciendo tanto el costo como la tierra necesaria. AGILE podría incluso mejorar las células solares para naves espaciales.

Fuente: Universidad de Stanford