Europa (EP), 24 de agosto 2023. Un equipo de investigadores del Reino Unido ha desarrollado un concepto de hoja fotovoltaica capaz de producir electricidad, agua y energ\u00eda t\u00e9rmica en un solo dispositivo. El sistema, inspirado en una hoja, se basa en una capa de transpiraci\u00f3n biomim\u00e9tica (BT) que enfr\u00eda la unidad fotovoltaica incorporada y utiliza el exceso de calor de la c\u00e9lula para producir agua y energ\u00eda t\u00e9rmica.<\/p>\n
Investigadores del Imperial College de Londres han desarrollado un nuevo concepto de hoja fotovoltaica (PV-leaf, en ingl\u00e9s) capaz de producir electricidad, energ\u00eda t\u00e9rmica y agua.<\/p>\n
En el estudio \u201cHigh-efficiency bio-inspired hybrid multi-generation photovoltaic leaf\u201d (Hoja fotovoltaica h\u00edbrida multigeneraci\u00f3n bioinspirada de alta eficiencia), publicado en nature communications, el equipo de investigaci\u00f3n describe el sistema como una hoja fotovoltaica h\u00edbrida multigeneraci\u00f3n basada en una estructura de transpiraci\u00f3n biomim\u00e9tica hecha de fibras de bamb\u00fa y c\u00e9lulas de hidrogel apiladas.<\/p>\n
La capa de transpiraci\u00f3n biomim\u00e9tica (BT), de 1 mm de grosor, mueve el agua de forma pasiva desde un dep\u00f3sito de agua independiente hasta una c\u00e9lula solar de 10 cm \u00d7 10 cm colocada encima de la estructura. El agua que fluye sobre la c\u00e9lula es capaz de reducir su temperatura de funcionamiento, aumentando as\u00ed su eficiencia, y el exceso de calor se utiliza para producir agua y energ\u00eda t\u00e9rmica. La hoja fotovoltaica s\u00f3lo est\u00e1 protegida por una capa de vidrio de alta transmitancia de 0,7 mm de grosor.<\/p>\n
La estructura utiliza haces de fibras hidr\u00f3filas vasculares que distribuyen uniformemente el agua por la hoja fotovoltaica. Se utilizan c\u00e9lulas de hidrogel para imitar los haces vasculares y las c\u00e9lulas esponjosas. \u201cEn la capa BT, alrededor de 30 ramas de haces de fibras de bamb\u00fa se incrustan homog\u00e9neamente en las c\u00e9lulas de hidrogel de pol\u00edmero superabsorbente (SAP) de poliacrilato de potasio (PAAK), distribuyendo el agua por toda el \u00e1rea cubierta por la capa BT\u201d, explican los cient\u00edficos, que a\u00f1aden que los bordes de las ramas de fibras se juntan y se empapan de agua.<\/p>\n
Los cient\u00edficos midieron el rendimiento del sistema en condiciones de iluminaci\u00f3n est\u00e1ndar y lo compararon con una c\u00e9lula fotovoltaica aut\u00f3noma de referencia refrigerada por convecci\u00f3n natural de aire. Comprobaron que la hoja fotovoltaica alcanzaba una temperatura de 43,2 \u00baC, mientras que la de la c\u00e9lula de referencia llegaba a 68,8 \u00baC. \u201cLa temperatura del dep\u00f3sito de agua no aislado est\u00e1 pr\u00f3xima a la temperatura ambiente y tiene una ligera influencia en el rendimiento de la refrigeraci\u00f3n\u201d, afirmaron.<\/p>\n
La hoja fotovoltaica alcanz\u00f3 una eficiencia de conversi\u00f3n energ\u00e9tica del 15,0%, una tensi\u00f3n en circuito abierto de 0,63 V y un factor de llenado de 0,77. La c\u00e9lula de referencia, en cambio, alcanz\u00f3 una eficiencia del 13,2%, una tensi\u00f3n en circuito abierto de 0,58 V y un factor de llenado de 0,75.<\/p>\n
Los acad\u00e9micos tambi\u00e9n se\u00f1alaron que el costo de capital de los componentes adicionales requeridos por la hoja fotovoltaica es de aproximadamente 1,1 d\u00f3lares\/m2, lo que representa alrededor del 2% del costo de los paneles solares convencionales. El tiempo de amortizaci\u00f3n de los componentes adicionales se estima en menos de medio a\u00f1o. \u201cEl concepto de hoja fotovoltaica puede ampliarse a colectores de mayor escala, m\u00e1s all\u00e1 de los cuales incluso las plantas solares de mayor tama\u00f1o comercial pueden dividirse en varias \u00e1reas peque\u00f1as asignadas a hojas fotovoltaicas separadas e interconectadas\u201d, a\u00f1adieron refiri\u00e9ndose a sus posibles aplicaciones en proyectos reales.<\/p>\n
\u201cEn comparaci\u00f3n con estudios anteriores sobre refrigeraci\u00f3n por transpiraci\u00f3n, la soluci\u00f3n de este trabajo no requiere bomba, unidad de control ni materiales porosos caros, y es capaz de enfriar la superficie objetivo a una temperatura significativamente m\u00e1s baja, lo que resulta adecuado para aplicaciones multigeneraci\u00f3n, as\u00ed como aplicaciones de gesti\u00f3n t\u00e9rmica para c\u00e9lulas fotovoltaicas\u201d, indic\u00f3 el grupo brit\u00e1nico, se\u00f1alando que el sistema tambi\u00e9n puede utilizar agua de mar en lugar de agua dulce. \u201cLos resultados de la simulaci\u00f3n muestran que la hoja FV tiene un mejor rendimiento de transpiraci\u00f3n en climas c\u00e1lidos y secos\u201d.<\/p>\n
Los acad\u00e9micos tambi\u00e9n afirman que el dispositivo puede ser capaz de generar 1,1 L\/h\/m2 adicionales de agua dulce bajo una irradiancia solar de 1000 W\/m. Tambi\u00e9n creen que el sistema podr\u00eda utilizar agua de mar en lugar de agua dulce. \u201cLos resultados de la simulaci\u00f3n muestran que la hoja FV tiene un mejor rendimiento de transpiraci\u00f3n en climas c\u00e1lidos y secos\u201d, subrayaron.<\/p>\n
Fuente PV Magazine<\/p>\n
Fotograf\u00eda PV Magazine<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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