Jugando a atrapar la luz del Sol

Entre las denominadas fuentes de energ¨ªa renovables, el Sol ocupa un lugar destacado. Se trata de una energ¨ªa limpia, gratuita e inagotable, al menos durante un largo per¨ªodo de tiempo. Su potencial es enorme. Una sola hora de Sol servir¨ªa para abastecer las demandas energ¨¦ticas de la humanidad durante todo un a?o. Pero uno de los grandes problemas radica en la captura eficiente de esta radiaci¨®n.

"Todos los d¨ªas juegas con la luz del Universo", sosten¨ªa Pablo Neruda en uno de sus poemas y, ciertamente, ya desde ni?os, jug¨¢bamos con la luz del Universo. Orient¨¢bamos una lupa adecuadamente hacia el Sol y bajo la misma situ¨¢bamos un peque?o papel. ?Sorprendentemente, como si de magia se tratase, el papel comenzaba a arder! Detr¨¢s de esa aparente magia est¨¢n las leyes de la ¨®ptica. La lupa act¨²a a modo de embudo solar, canalizando y magnificando los rayos del Sol hacia una peque?a regi¨®n y multiplicando su poder.

Desde que en 1954 los Laboratorios Bell fabricaron la primera c¨¦lula solar fotovoltaica, estos dispositivos han venido desempe?ando una doble funci¨®n: captura de la luz solar y conversi¨®n de la misma en electricidad. Mediante los denominados concentradores solares es posible separar y optimizar estas dos funciones. De modo similar a la lupa que enfoca la luz, estos dispositivos -hechos a base de espejos curvados o lentes- capturan, concentran e intensifican la radiaci¨®n solar en una reducida ¨¢rea donde se sit¨²a la c¨¦lula fotovoltaica, que entonces ¨²nicamente tendr¨¢ que convertir la luz en electricidad. De esta forma se necesita menos superficie activa de esta costosa c¨¦lula solar y al mismo tiempo se genera m¨¢s energ¨ªa el¨¦ctrica. Pero para que los concentradores funcionen adecuadamente, deben estar orientados en todo momento respecto al Sol, de forma similar a lo que hace un girasol. Ello exige la presencia de un sensor que detecte la posici¨®n de nuestra estrella y de un complejo sistema mec¨¢nico que les permita girar, lo que encarece excesivamente el sistema resultante. Al mismo tiempo, deben estar separados unos de otros para evitar sombras.

Para solventar los citados problemas, el Grupo de Semiconductores Blandos del Instituto Tecnol¨®gico de Massachusetts (MIT), dirigido por Marc Baldo , investiga en un innovador sistema de captura de la energ¨ªa solar, conocido como concentrador solar luminiscente. Son unas pinturas o tintes luminiscentes que, al depositarlos sobre la superficie de un cristal, act¨²an a modo de gu¨ªa de ondas, capturando la luz solar y redirigi¨¦ndola y concentr¨¢ndola en los extremos del mismo, donde se sit¨²a la c¨¦lula fotovoltaica. Para que el sistema sea eficiente, la luz reemitida por las pinturas debe ser de diferente longitud de onda -diferente color- que la luz absorbida. De lo contrario, nos enfrentar¨ªamos a un problema de reabsorci¨®n, dificultado el desplazamiento de la luz hacia los extremos del cristal.

Los tintes emiten la luz isotr¨®picamente -en todas las direcciones del espacio- y ¨¦sta se propaga por reflexi¨®n interna. Este sistema de transporte guarda ciertas analog¨ªas con la fibra ¨®ptica, si bien el proceso es m¨¢s complejo. Se deben utilizar materiales transparentes en todo momento, pues no s¨®lo es necesario guiar a la luz, sino tambi¨¦n atraparla. Pero estos materiales transparentes son a su vez una trampa por la que f¨¢cilmente escapar¨ªa la luz capturada. Para solventar estos problemas, se ha desarrollado un sistema de antenas moleculares inteligentes. ?stas capturan la radiaci¨®n solar desde cualquier ¨¢ngulo, pero s¨®lo la reemiten anisotr¨®picamente -en una ¨²nica direcci¨®n, paralela a la superficie del cristal- evitando as¨ª p¨¦rdidas por las caras del mismo. De esta forma es posible aumentar un 16% la eficiencia de captura de la radiaci¨®n, situ¨¢ndola en un 81%, la m¨¢s alta hasta la fecha, seg¨²n se publica en la revista Optics Express .

Es tambi¨¦n esta emisi¨®n altamente direccional la que permite escalar las dimensiones del cristal, sin sacrificar su eficiencia. ?ste es un paso clave a la hora de transferir los prototipos de peque?o tama?o de los laboratorios a dispositivos de tama?o adecuado al mercado. De lo contrario, conforme aumentan las dimensiones del sistema, se acumular¨ªan cada vez m¨¢s p¨¦rdidas durante el desplazamiento de la luz, reduci¨¦ndose el rendimiento.

Frente a los concentradores solares convencionales, la nueva tecnolog¨ªa no precisa del costoso procedimiento de tracking o seguimiento del Sol. Adem¨¢s, puede recoger no s¨®lo la radiaci¨®n que nos llega directamente del Sol, sino tambi¨¦n la radiaci¨®n difusa -esa que ha sufrido las distorsiones de la atm¨®sfera, siendo dispersados los rayos del Sol en varias direcciones- lo que posibilita su uso en d¨ªas nublados o condiciones climatol¨®gicas adversas. Presenta adem¨¢s la ventaja adicional de la integraci¨®n arquitect¨®nica. ?Las ventanas de nuestras casas podr¨ªan actuar a modo de centrales el¨¦ctricas! El MIT ya ha creado una empresa, Covalent Solar, que comercializar¨¢ y explotar¨¢ la idea. Los tel¨¦fonos m¨®viles y dispositivos electr¨®nicos actuales, como el iPAD, cada vez incorporan mayor superficie de cristal y por ello tambi¨¦n podr¨ªan beneficiarse de esta tecnolog¨ªa.

Amador Men¨¦ndez Vel¨¢zquez, cient¨ªfico del ITMA-CINN, investiga actualmente en el Instituto Tecnol¨®gico de Massachusetts (MIT).