Hacia el vidrio fotovoltaico transparente (e inteligente)

Imagina que, en un día de verano, a medida que el sol va camino de su cénit, las ventanas de tu habitación comienzan a filtrar la radiación solar para prevenir el calor. Y que, de paso, alimenten los dispositivos eléctricos de tu casa. O que un invernadero genere la energía necesaria para controlar su propio microclima. Ese es el enfoque de una nueva generación de vidrio fotovoltaico transparente.

En este artículo hablaremos de:

• Tipos de vidrio fotovoltaico transparente
• La nueva generación de ventanas solares
• De los rascacielos a los invernaderos: aplicaciones del vidrio fotovoltaico

Tal como señalábamos en nuestro anterior artículo, el vidrio fotovoltaico es una tecnología relativamente madura. Se calcula que en 2026 el mercado mundial de vidrio fotovoltaico alcanzará los 37 600 millones de dólares. Esta efervescencia se está haciendo notar en diversas innovaciones tecnológicas que procedemos a desgranarte.  

Tipos de vidrio fotovoltaico transparente

Si bien es cierto que sigue enfrentándose a numerosos retos como la durabilidad, el rendimiento o la transparencia, ya son numerosos edificios equipados con esta solución tecnológica. Pero, antes de seguir adelante, vamos a recapitular los tipos de ventana solar y cómo funcionan.

1. Módulos añadidos. La primera generación de ventanas solares se basaba en módulos transparentes y fotosensibles con los que se revestía el cristal. La transparencia de estos módulos basados en silicio amorfo suele ser más reducida, con un color levemente anaranjado.

Otra solución avanzada pasa por rociar una película fotosensible sobre el vidrio que filtra la radiación invisible, tal como está haciendo una startup estadounidense.

2. Células solares integradas. Posteriormente, se ha investigado la integración de las células fotovoltaicas en el propio cristal, principalmente por medio de compuestos orgánicos. Por un lado, a través de los concentradores solares transparentes luminiscentes (TLSC, por sus siglas en inglés) que derivan la radiación hacia los laterales de la ventana donde están instaladas las células fotovoltaicas. También se utilizan los llamados “puntos cuánticos” para obtener un resultado similar.

Por último, se está estudiando la integración de células semitransparentes de perovskita que, además, podrían multiplicar la eficiencia de estas ventanas. Esta tecnología, no obstante, aún se encuentra en una fase muy temprana.  

La nueva generación de ventanas solares

Es de dominio público que los paneles solares fotovoltaicos van mejorando su eficiencia a cada año que pasa. OxfordPV, uno de los jugadores en el campo de los paneles solares, anunció que había rozado el 30 % de conversión de energía y que sus nuevas placas solares estarán disponibles en 2022.  

Como es de esperar, el sector del vidrio fotovoltaico no es ajeno a esta tendencia. Así, la Universidad de Michigan anunció en 2020 que había batido el récord de eficiencia en vidrio fotovoltaico transparente: un 8 % con una transparencia del 43,3 %. Para ello, se han servido de polímeros orgánicos en lugar de silicio.

El fabricante ClearVue, por su parte, ha anunciado que en los próximos meses pondrá a la venta vidrio fotovoltaico con una eficiencia del 5 % gracias al uso de nanopartículas. La tecnología se ha desarrollado en colaboración con el ARC Centre of Excellence de Exciton Science, un centro tecnológico australiano.

Vidrio fotovoltaico inteligente

Las líneas de investigación actuales van encaminadas a mejorar la eficiencia de la tecnología, pero también a incorporar nuevas funcionalidades. Se trata de la llegada de lo que podría denominarse vidrio fotovoltaico inteligente.

Las ventanas inteligentes, capaces de oscurecerse al aplicar una corriente eléctrica, se han utilizado desde hace varias décadas. Un ejemplo de ellos son las ventanas del Boeing 787 Dreamliner. Sin embargo, hasta ahora no se había podido emplear a gran escala.

Y aquí vuelven a aparecer las perovskitas. Las primeras ventanas inteligentes basadas en este material, capaces de generar electricidad y oscurecerse autónomamente, salieron de la Universidad de California, Berkeley en 2018. Sin embargo, aún ofrecían algún inconveniente: el cristal solo se volvía opaco al alcanzar los 100º C, tal como explicaba la revista Science.

Técnicamente, conocidos como fotovoltacrómicos (PVCD, por sus siglas en inglés), estos dispositivos acaban de dar un salto adelante. Un grupo de investigadores en China ha anunciado un nuevo módulo fotovoltaico que aúna diversas tecnologías.

Los desarrolladores han combinado células de perovskita transparentes para producir electricidad junto con un gel electrocrómico, responsable de controlar el nivel de transparencia. La novedad es que se trata de una estructura monolítica, es decir, una sola pieza sin necesidad de electrodos intermedios.

El resultado es un vidrio que permite controlar la luz que entra en una estancia, así como la temperatura y, de paso, producir energía renovable.

De los rascacielos a los invernaderos: aplicaciones del vidrio fotovoltaico

Uno de los primeros candidatos para el uso de vidrio fotovoltaico transparente han sido los rascacielos, debido a la naturaleza de sus fachadas.  De hecho, hace diez años ya se hablaba de la integración de estas ventanas solares en la Willis Tower, el rascacielos más elevado de Chicago.

Sin embargo, si hay un edificio en el que predomine el cristal son los invernaderos. Y eso es lo que está aprovechando Tomita Technologies, una empresa japonesa dedicada a la producción de este tipo de estructuras.

Tomita anunció en el verano de 2021 que instalaría vidrio fotovoltaico en los invernaderos de Aqua Ignis, un proyecto de ecoturismo en el distrito de Fujitsuka de Sendai City en Japón. Será la puesta de largo de una tecnología que el fabricante japonés pretende implementar a gran escala en sus invernaderos.

ClearVue, el proveedor de este vidrio fotovoltaico, anunció pocos meses antes la inauguración del primer invernadero de estas características a escala mundial. La estructura cubre 3000 m² y, aparte de lechugas, producirá 60 kW, suficiente para abastecer a una docena de hogares.

Gran parte de la energía renovable generada se destina a controlar el microclima del invernadero, así como los sensores de humedad, temperatura y luz solar.

Por último, el vidrio fotovoltaico filtra la radiación ultravioleta e infrarroja. El filtrado de la radiación beneficia a las plantas y, según cálculos de los impulsores del proyecto, aumenta la producción entre un 20 % y un 30 % con respecto a los invernaderos tradicionales.

El vidrio fotovoltaico transparente forma parte de una tendencia constructiva más amplia. Se trata de la BIPV (fotovoltaica integrada en edificios, por sus siglas en inglés). Esto incluiría los paneles solares en azoteas y las ventanas solares, pero también otras técnicas como los revestimientos fotovoltaicos de fachadas. O incluso los diseños arquitectónicos basados en girasoles de los que hablamos aquí.

En cualquier caso, ya sea en la arquitectura o en la agricultura, esta tecnología promete ser una pieza clave en la descarbonización de la economía y la mitigación del cambio climático.

Fuentes: Forbes, Renew Economy, Universidad de Michigan, PV Magazine, https://www.reuters.com/article/idUS252721771420110328

Imagen: Exciton Science