Electricidad en verano, calefacción en invierno: el dispositivo solar de Harvard hace ambas cosas con un simple interruptor
El sistema convierte aproximadamente el 90 % de la luz solar incidente en calor para el interior
La energía solar es una de las fuentes de energía renovables más populares del planeta, ya que solo se necesita una placa fotovoltaica para obtener electricidad. Sin embargo, no es perfecta. Estos paneles generan electricidad tanto si se necesita como si no, y los colectores solares térmicos producen calor incluso en los días en los que las temperaturas son tan altas que asfixian.
Además, las necesidades de las personas cambian también según la época del año. En invierno, por el frío, la calefacción es lo más importante. Sin embargo, en verano, debido al calor, se busca el aire acondicionado para no deshidratarse mientras se está sentado en el sofá mirando la tele, con las gotas de sudor cayendo por todo el cuerpo.
Un equipo del laboratorio de Joanna Aizenberg en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard (SEAS) ha ideado una solución poco convencional: en lugar de ser las personas las que decidan qué hacer con la luz solar, que sea el hardware el que cambie automáticamente entre diferentes salidas, a modo de interruptor óptico «inteligente» guiado por la condensación y evaporación del agua.
Equipos solares que se comportan como una parte integral de la envolvente del edificio
El innovador dispositivo de SEAS se basa en una lente de Fresnel: una lente aplanada con finas estrías que concentra la luz sin el volumen de una lente curva tradicional. Sobre la lente hay una cavidad sellada que contiene una cantidad fija de agua. Debajo se encuentra una pequeña célula fotovoltaica, y debajo de esta, el espacio interior actúa como un sumidero alternativo que absorbe la luz en forma de calor.
Cuando el agua dentro de la cavidad está caliente, permanece en estado gaseoso. En ese estado existe una gran diferencia en el índice de refracción entre el vapor y el material de la lente, lo que permite que las aristas de Fresnel enfoquen la luz sobre la célula fotovoltaica, generando electricidad. Cuando la cavidad se enfría, el agua se condensa en una fina capa que reduce esa diferencia, disminuyendo la capacidad de enfoque de la lente. En consecuencia, una mayor cantidad de luz no llega a la célula fotovoltaica y entra en el espacio interior, donde se absorbe en forma de calor.
En pruebas de laboratorio, el equipo simuló condiciones exteriores y observó el cambio esperado en el enfoque. En modo calefacción, el sistema convierte aproximadamente el 90 % de la luz solar incidente en calor para el interior (aproximadamente cinco veces el rendimiento de calefacción solar de un panel fotovoltaico combinado con calefacción por resistencia eléctrica.
El objetivo de los investigadores es crear equipos solares que se comporten como una parte integral de la envolvente del edificio, y no como un generador de una sola salida. Los componentes, según el equipo, son sencillos, económicos y escalables, con posibles aplicaciones en edificios, invernaderos e incluso vehículos. Aizenberg afirmó:
"Un componente que se pueda laminar en claraboyas o fachadas y que priorice la electricidad durante las olas de calor podría resultar muy atractivo a medida que aumenta la demanda de refrigeración en un planeta cada vez más cálido". Si se logra la escalabilidad, podría facilitar una disyuntiva común: sacrificar la calefacción pasiva para obtener más electricidad, o viceversa. Y tiene bastante potencial comercial.