Al igual que ocurre en España, la energía fotovoltaica constituye un importante porcentaje dentro del mix energético de países de todo el mundo. Esta situación promueve que gobiernos y entidades privadas financien programas de investigación y desarrollo para la mejora de la tecnología existente, hacerla más eficiente y también para el descubrimiento de nuevas formas de aprovechamiento solar.

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Pero el último descubrimiento que acaba de anunciar el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL), dependiente del Departamento de Energía de Estados Unidos, va mucho más allá de una nueva forma de construir enormes granjas de paneles solares. Lo que pretenden es poner un panel solar en cada ventana que permita aprovechar las horas de luz para generar un extra de energía.

El sistema, como veremos más adelante, es muy sencillo desde el punto de vista del usuario final y puede suponer un punto de apoyo de una industria sedienta de nuevos formatos más asequibles y flexibles.

Una ventana solar

Los investigadores han conseguido desarrollar un material que, a la par que se oscurece con la incidencia de la luz solar, se convierte en un panel capaz de generar energía eléctrica. Y es que la luz directa del sol es la principal responsable del consumo energético por parte de los aires acondicionados y otros sistemas de enfriamiento.

Prototipo de ventana de 2017 NREL Omicrono

Eso último no es nada nuevo y los edificios modernos cuentan con cristales tintados y polarizados que son capaces de resguardar mejor del calor que las clásicas ventanas transparentes. Pero estos científicos han ido un paso más allá de un simple oscurecimiento del cristal. La tecnología, denominada fotovoltaica termocrómica (thermochromic photovoltaic, en inglés), permite al cristal cambiar de color cuando aumenta de temperatura debido a la incidencia solar.

Este cambio de coloración lleva aparejado la formación de células solares fotovoltaicas funcionales que generar energía por sí mismas. Estas ventanas, según apuntan los investigadores, "pueden ayudar a que los edificios se conviertan en generadores de energía, incrementando su contribución a la red energética".

El sistema ha sido pensado para su empleo en grandes edificios donde el cristal tiene una representación importante en la fachada. Nos podemos imaginar la temperatura que pueden alcanzar las cristaleras de cualquier rascacielos modernos que se nos venga a la cabeza y el potencial energético que tiene si se emplean este nuevo tipo de cristales.

Montaje de paneles solares @scienceinhd en Unsplash Omicrono

Aunque el sistema se basa en un prototipo ya presentado hace unos años, lo que han conseguido es mejorar notablemente el rendimiento de la tecnología. Ahora hay disponible una paleta más amplia de colores que van cambiado en una ventana más grande de temperaturas. "Esto incrementa la flexibilidad del diseño para mejorar la eficiencia energética así como el control sobre la estética del edificio, que es muy deseable tanto para arquitectos como para usuarios finales".

Más colores, menos calor

A medida que la ventana va pasando de ser totalmente transparente a tintarse, las perovskitas incrustadas en el material comienzan a producir electricidad. La estructura que tienen los cristales de perovskita se emplea en la fabricación de células solares. Se ha demostrado que esta disposición atómica proporciona un excelente rendimiento en la generación de electricidad con la incidencia de la luz solar.

"Un prototipo de ventana usando esta tecnología podría estar desarrollado en un año", ha dicho Bryan Rosales, un investigador postdoctoral en el NREL y autor del estudio. Según apuntan desde el Laboratorio, la primera generación de ventana solar podía alternar entre transparente y un color marrón rojizo, con unos requisitos de temperaturas que iban entre los 65 y 80 grados centígrados para desencadenar la transformación.

Ventanas @mooo3721 en Unsplash

La última versión permite una mayor paleta de colores y unas temperaturas de trabajo mucho más bajas que arrancan en los 35 grados centígrados y terminan en 46. Unas temperaturas mucho más asumibles y realistas que las anteriores. Otra de las novedades ha sido la capacidad para oscurecer la ventana más rápidamente, desde los 3 minutos que tomaba antes a los 7 segundos conseguidos ahora.

"Los científicos colocaron una película fina de perovskita entre dos capas de vidrio y vapor inyectado", según han publicado. Este vapor de agua es el responsable del desencadenamiento de una reacción que reorganiza la estructura molecular de la perovskita. Pudiendo pasar desde una fina hoja hasta un cubo. "Los colores emergen con las formas cambiantes. Bajar la humedad devuelve la perovskita a su estado transparente normal", afirman.

Paneles solares transparentes UbiQD Omicrono

El campo de investigación no se ha detenido y los siguientes pasos se encaminan a explorar el número de veces que la ventana termocrómica puede pasar de ser transparente a entrar en modo de generación eléctrica. Así como la investigación de la eficiencia el proceso de generación.

Carrera al sol

El prototipo original de la NREL no es el único en el mundo en la búsqueda de la ventana solar. Hace unos meses saltó a la luz que científicos australianos (país con una de las industrias solares más importantes del mundo) habían conseguido desarrollar una ventana capaz de generar electricidad.

El sistema es muy similar y, al igual que los estadounidenses, emplearon una estructura de perovskita en sus cristales. La diferencia es que los australianos sí que midieron el rendimiento de sus ventanas y publicaron que 1 metro cuadrado de este cristal es capaz de generar alrededor de 140 vatios de electricidad. Lo que compensaría enormemente el alto coste inicial y de instalación.

Celda solar semi-transparente Omicrono

Lo que no terminaron de conseguir es la total transparencia. Tal y como se puede ver en la imagen, el estado más 'transparente' de la ventana australiana cuenta con una pátina de color marrón; mientras que la propuesta del país norteamericano sí consigue ser mucho más transparente.

Dentro del mismo Estados Unidos existen otros proyectos llevados a cabo por la comunidad universitaria que han conseguido recoger energía solar en ventanas transparentes. Lo hacen con unos "puntos cuánticos" implantados dentro del cristal que son capaces de obtener la energía solar y guardarla en baterías o pasarla a la red eléctrica convencional. Este último programa, se basa en un revestimiento desarrollado por la Universidad de Michigan y no se oscurece, como sí hacen los anteriores cristales.