Energía solar en entornos edificados
Aprovechar la radiación del Sol para producir electricidad es una manera extremadamente ecológica de sostener las actividades humanas. La eficiencia de esa producción puede incrementarse notablemente mediante una tecnología que permita concentrar la energía solar. En concreto, los CSL podrían abaratar los costes sensiblemente en comparación con los dispositivos de silicio de gran superficie y poseen la ventaja de absorber la radiación solar tanto directa como difusa, lo que obvia la necesidad de seguir al Sol. Sin embargo, la baja eficiencia de los CSL supone un obstáculo a la comercialización de esta tecnología. Un grupo de científicos lanzó el proyecto SOLAR-PLUS (Maximizing the efficiency of luminescent solar concentrators by implanting resonant plasmonic nanostructures (SOLAR-PLUS)) con el propósito de abordar esta cuestión a base de conjugar trabajo teórico, de modelización y experimental. Uno de los resultados de este proyecto fue la fabricación de un CSL a partir de un silicio que absorbe la luz solar y seguidamente emite por fluorescencia, con lo que genera una luminiscencia que se propaga a unas células solares. Estos científicos sumergieron nanopartículas metálicas en una capa fluorofora fina con el propósito de generar una resonancia plasmónica superficial y aumentar de esta manera la eficiencia de la conversión energética de los CSL, que actualmente no logra superar el ocho por ciento. El equipo concibió por vez primera un método experimental que permite determinar simultáneamente la eficiencia óptica y los mecanismos de pérdida en los CSL, como las pérdidas por reabsorción, las pérdidas por el cono de salida y las pérdidas por rendimiento cuántico. Se diseñó asimismo un modelo híbrido que acopla métodos de simulación a escala micrométrica con métodos Monte Carlo de trazado de rutas, lo cual permite simular concentradores solares luminiscentes de gran escala dotados de nanoestructuras. Los resultados demuestran que la absorción metálica provoca pérdidas ópticas sustanciales que limitan la aplicabilidad de la plasmónica a los CSL. Otras de las actividades de simulación realizadas fueron una descripción exacta de los alineamientos y los enlaces de los fluoroforos, así como el mecanismo de transferencia energética por resonancia de Förster (FRET). El alineamiento homotrópico aumentó la eficiencia de la captura de luz, a la vez que los enlaces indujeron una FRET entre los fluoroforos dirigida a eludir la absorción reducida del alineamiento homotrópico. Los resultados demuestran que tanto el alineamiento de fluoroforos como la FRET aumentan la eficiencia de conversión de los concentradores solares luminiscentes. Como verificación de este concepto, los científicos desarrollaron un CSL con puntos cuánticos enlazados a moléculas de colorantes orgánicos y demostraron que los puntos cuánticos presentan un rendimiento cuántico elevado debido a la alta eficiencia del mecanismo de FRET. La optimización de la eficiencia de la conversión energética y el abaratamiento de los concentradores impulsarán una implantación amplia y ayudan a la UE a limitar su dependencia con respecto a los combustibles fósiles. Este prototipo flexible de concentrador solar luminiscente, fruto del proyecto SOLAR-PLUS, puede sentar las bases de integración de los CSL en entornos edificados.
Palabras clave
Energía solar, concentrador solar luminiscente, SOLAR-PLUS, plasmónico, nanopartículas metálicas
