La energía de una gota de agua: logran que la solar produzca electricidad cuando llueve
Un recubrimiento de 100 nanómetros protege las celdas solares y convierte la lluvia en electricidad
El dispositivo solar resiste las inclemencias meteorológicas y puede alimentar sensores IoT y ciudades inteligentes
Un nuevo dispositivo de energía solar desarrollado por el CSIC es capaz de generar electricidad aprovechando también la lluvia de forma simultánea, lo que supone un avance sin precedentes en el campo de las renovables.
Se trata de una innovación que tiene como base la creación de una lámina delgada que protege las celdas solares de perovskita y transforma al mismo tiempo el impacto de las gotas de lluvia en corriente eléctrica. El trabajo, que cuenta con patente propia, ha sido publicado en la revista científica Nano Energy.
Este avance ha sido posible gracias al desarrollo realizado por los investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMS), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Sevilla.
Perovskita de haluro
Las celdas solares de perovskita de haluro son dispositivos fotovoltaicos compuestos por materiales sintéticos con estructura cristalina y excelentes propiedades de absorción de luz.
Aunque la tecnología de silicio sigue siendo la más extendida en el mercado, la solar de perovskita tiene un enorme potencial para revolucionar la energía fotovoltaica gracias a su alta eficiencia y su bajo coste de producción. Su principal inconveniente hasta ahora era la degradación que sufre al exponerse a la humedad y a condiciones de lluvia intensa.
Doble fuente
Para resolver ese problema, el equipo del ICMS empleó tecnología de plasma para depositar una lámina protectora de apenas 100 nanómetros sobre las celdas solares. Este recubrimiento actúa en dos sentidos a la vez: encapsula y protege químicamente la perovskita, y mejora al mismo tiempo su capacidad óptica para absorber la luz solar con mayor eficiencia.
La clave diferenciadora reside en que esta superficie también es triboeléctrica, es decir, genera carga eléctrica por contacto o rozamiento. Gracias a esa propiedad, el impacto de las gotas de lluvia sobre la lámina produce corriente eléctrica sin necesidad de ningún componente adicional. La lluvia, que hasta ahora penalizaba el rendimiento de los paneles solares, se convierte así en una fuente de energía que trabaja en paralelo con la captación solar.
110 voltios por gota
Los resultados son contundentes: el dispositivo puede generar hasta 110 voltios por el impacto de una sola gota de lluvia, energía suficiente para alimentar pequeños dispositivos portátiles. El recubrimiento ha superado además pruebas de estabilidad extrema, incluyendo inmersión prolongada en agua y ciclos severos de humedad y temperatura, demostrando su robustez para entornos exteriores exigentes.
«Nuestro trabajo propone una solución avanzada que combina la tecnología fotovoltaica de celdas solares de perovskita con nanogeneradores triboeléctricos en configuración de lámina delgada», explica Carmen López, investigadora del ICMS. El sistema puede alimentar circuitos de LEDs de forma continua, un ejemplo sencillo pero elocuente de un dispositivo solar que no pierde rendimiento cuando cae la lluvia.
Sin baterías
Frente a la pérdida de eficiencia de los paneles solares convencionales en días nublados o lluviosos, este dispositivo híbrido ofrece una respuesta directa: aprovecha precisamente la lluvia como fuente de energía cuando la irradiación solar no es suficiente.
El objetivo final es reducir la dependencia de las baterías convencionales, cuya fabricación implica un alto impacto ambiental y cuya vida útil resulta muy limitada.
El avance resulta especialmente prometedor para el Internet de las Cosas (IoT). Sensores ambientales de humedad y lluvia, estaciones meteorológicas, sensores estructurales en puentes y edificios y sistemas de agricultura de precisión son algunas de las aplicaciones que los investigadores identifican como más inmediatas para este tipo de captación solar combinada.
Ciudades inteligentes
El investigador Fernando Núñez subraya que su implementación en ciudades inteligentes es viable para usos como señalización, alumbrado auxiliar autónomo o monitorización urbana. La capacidad del dispositivo para resistir la lluvia, la humedad y los ciclos térmicos lo convierte en un candidato ideal para instalaciones exteriores en climas donde la lluvia es frecuente y la energía solar convencional pierde eficiencia.
El trabajo del CSIC se ha desarrollado en el marco del proyecto 3DScavengers, financiado por el Consejo Europeo de Investigación mediante un ERC Starting Grant, y del proyecto Drop Ener, cofinanciado con fondos Next Generation. La tecnología está protegida por la patente Energy Harvesting Device, lo que refuerza su potencial comercial e impulsa su camino hacia la aplicación industrial en un horizonte próximo.
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