Células solares de perovskita: El potencial de la energía fotovoltaica transparente para edificios modernos y proyectos fotovoltaicos – Imagen: Xpert.Digital
Transición energética transparente: generación de electricidad mediante tecnología de ventanas innovadora
Células solares de perovskita: las futuras creadoras de ventanas inteligentes
El desarrollo de células solares transparentes y de alta eficiencia abre nuevas perspectivas para la integración de la energía fotovoltaica en edificios. En particular, las células solares de perovskita se han consolidado en los últimos años como una candidata prometedora para esta aplicación. Con eficiencias de hasta el 31,6 %, la posibilidad de diseños transparentes y una fabricación rentable, podrían revolucionar el uso de la energía solar. Investigaciones actuales demuestran que la estabilidad de estas células, que antes presentaba problemas, se ha mejorado significativamente. Aplicaciones como las ventanas inteligentes, que no solo generan electricidad, sino que también pueden ajustar su transparencia a las condiciones ambientales, son especialmente prometedoras.
Adecuado para:
Fundamentos de la tecnología solar de perovskita
Las células solares de perovskita representan un desarrollo relativamente nuevo en la energía fotovoltaica, cuya investigación intensiva comenzó en 2009. Deben su nombre al mineral perovskita, cuya característica estructura cristalina presentan. Estas células solares se basan en las llamadas perovskitas de haluro, un material híbrido compuesto por componentes orgánicos con carga positiva, como cationes de metilamonio, y sales metálicas inorgánicas, como el yoduro de plomo. Su composición y estructura únicas difieren fundamentalmente de las células solares de silicio tradicionales, lo que las convierte en un candidato prometedor para el futuro de la energía solar.
La funcionalidad de las células solares de perovskita reside en su excelente capacidad para convertir la luz solar en energía eléctrica. Científicos del Centro de Investigación de Jülich han descubierto, mediante novedosas mediciones de fotoluminiscencia, que los portadores de carga libres en las células solares de perovskita probablemente estén excepcionalmente bien protegidos contra la desintegración, lo que podría ser una razón clave de su alta eficiencia. La vida útil de los portadores de carga excitados en el material es un factor crucial para la eficiencia de estas células solares, ya que determina el tiempo durante el cual los electrones liberados por la luz permanecen disponibles y pueden contribuir a la generación de energía.
En los últimos años, el desarrollo tecnológico de estas células solares ha experimentado un progreso impresionante. Mientras que las primeras células solares de perovskita tenían una modesta eficiencia de tan solo el 4 %, los modelos más recientes alcanzan regularmente eficiencias superiores al 20 %. El Instituto Fraunhofer incluso alcanzó un valor récord del 31,6 %, mientras que la empresa alemana Qcells alcanzó una eficiencia del 28,6 %.
Ventajas de las células solares de perovskita transparente
La característica más destacada de las células solares de perovskita, en comparación con los módulos de silicio convencionales, es su potencial de transparencia, combinado con una alta eficiencia. Esta propiedad abre nuevas posibilidades de aplicación, especialmente en el campo de la fotovoltaica integrada en edificios. Las células solares transparentes o semitransparentes pueden integrarse en las superficies de las ventanas, permitiendo que los edificios no solo dejen entrar la luz, sino que también generen electricidad simultáneamente.
El grado de transparencia puede ajustarse durante el proceso de fabricación según las necesidades, aunque cabe destacar que la eficiencia de conversión energética disminuye al aumentar la transparencia. La eficiencia de conversión más alta medida para las versiones transparentes alcanza actualmente un notable 17,9 %. El proyecto de investigación IMPRESSIVE demostró que una combinación de tecnologías puede convertir la energía solar con una eficiencia del 14 % con una transmitancia lumínica promedio superior al 55 %. Las células de perovskita UV semitransparentes incluso alcanzan una eficiencia superior al 10 % con una transmitancia lumínica de aproximadamente el 60 %.
Además de su transparencia, las células solares de perovskita ofrecen otras ventajas notables. Son relativamente económicas y fáciles de fabricar, similares a los módulos solares de película delgada. Su producción consume mucha menos energía que la del silicio, ya que las perovskitas pueden producirse mediante procesos sencillos y escalables, como la impresión rollo a rollo. Además, las materias primas necesarias suelen estar fácilmente disponibles, lo que mantiene bajos los costes de material.
Otra ventaja crucial es la ligereza y flexibilidad de las células solares de perovskita. Pueden aplicarse como capas ultrafinas sobre diversos sustratos, ampliando significativamente sus posibilidades de aplicación. Esta propiedad permite aplicaciones innovadoras en dispositivos portátiles, vehículos o soluciones fotovoltaicas integradas en edificios, como ventanas solares o módulos de fachada.
Aplicaciones innovadoras en la integración de edificios
La capacidad de hacer transparentes las células solares de perovskita las hace especialmente atractivas para la energía fotovoltaica integrada en edificios (BIPV), donde las células solares sustituyen materiales de construcción tradicionales como las ventanas. La integración de la perovskita entre los paneles de vidrio permite que las células solares actúen como la fachada y el muro de un edificio, a la vez que generan electricidad para su uso in situ o para su inyección a la red eléctrica.
Panasonic Holdings presentó un ejemplo concreto de esta innovadora aplicación, mostrando balaustradas de vidrio semitransparentes con células solares de perovskita en el balcón de una casa modelo al sur de Tokio. Estos prototipos demuestran el potencial de integrar la tecnología de perovskita en elementos de construcción cotidianos. Físicos de Leipzig también han desarrollado una célula solar transparente que puede depositarse directamente en el cristal de una ventana, transformando así fachadas enteras en centrales eléctricas.
Los avances en el campo de las ventanas termocrómicas o inteligentes son particularmente prometedores. Científicos de la Universidad de California, Berkeley, han desarrollado una extensión funcional para una ventana fotovoltaica que cambia de color y transparencia con los cambios de temperatura y puede generar electricidad al oscurecerse. El cambio reversible a una ventana solar coloreada se basa en un cambio de fase de capas ultrafinas de perovskita.
En su estado transparente, los cristales de perovskita presentan una estructura cúbica y son prácticamente transparentes. A una temperatura de aproximadamente 105 grados Celsius, adoptan una estructura cristalina menos transparente, pero fotovoltaicamente activa. Esto bloquea aproximadamente dos tercios de la luz visible y alcanza una eficiencia del siete por ciento. Al enfriarse a temperatura ambiente y exponerse a cierta humedad, este cambio de fase puede revertirse y la ventana vuelve a ser transparente.
Adecuado para:
Propiedades termocrómicas para edificios climáticamente optimizados
Las propiedades termocrómicas de las ventanas de perovskita podrían contribuir significativamente a la eficiencia energética de los edificios. Al igual que las gafas de sol fotocromáticas, estas ventanas pueden cambiar de color en función de los cambios de temperatura, siendo la temperatura, a diferencia de la intensidad de la luz en las gafas de sol, el factor determinante. A medida que la temperatura aumenta, el cristal transparente se torna gradualmente amarillo, naranja, rojo o marrón. Cuanto más caliente se calienta, más oscuro se vuelve el cristal, refrigerando así la habitación automáticamente y sin necesidad de aire acondicionado.
Este mecanismo puede contribuir significativamente a reducir el consumo de energía para calefacción y refrigeración. Dado que la calefacción y el agua caliente representan el 25 % de las emisiones de CO2 en Austria, y que un estudio de la Universidad de Birmingham predice que el número de dispositivos de refrigeración en todo el mundo se cuadruplicará hasta alcanzar los 14 000 millones para 2050, estas soluciones de ventanas inteligentes podrían contribuir significativamente a la protección del clima.
Desafíos y soluciones
A pesar de sus prometedoras propiedades, las células solares de perovskita se enfrentan a diversos desafíos que, hasta la fecha, han limitado su amplia aplicación comercial. Un problema importante es su estabilidad en condiciones ambientales reales. Los cristales de perovskita tienden a desarrollarse desordenadamente y defectuosos, lo que puede generar problemas de estabilidad. Aún no alcanzan la longevidad de las células solares de silicio y son sensibles a la humedad, la luz y el calor. Una desventaja importante es su menor resistencia a la intemperie, ya que el material puede degradarse en condiciones climáticas extremas.
Sin embargo, la investigación ya ha logrado avances significativos para superar estos desafíos. Panasonic, por ejemplo, ha logrado producir una variante químicamente más estable del material y protegerla de los elementos mediante el uso de doble acristalamiento. La institución de investigación belga Imec, socia del consorcio de investigación EnergyVille, ha logrado un gran avance en la investigación de módulos solares de perovskita . En un estudio al aire libre de dos años en Chipre, se demostró la estabilidad a largo plazo de los minimódulos de perovskita, que alcanzaron una impresionante eficiencia energética del 78 % después de un año en el exterior, un valor que los módulos solares de perovskita actuales a menudo solo pueden mantener durante unas pocas semanas.
También se han logrado avances en el campo del reciclaje. Investigadores suecos han desarrollado un método para reciclar células solares de perovskita de forma completa y respetuosa con el medio ambiente. En lugar de utilizar la tóxica dimetilformamida para desmantelar las células, como se hacía anteriormente, el equipo utiliza agua como disolvente para descomponer las perovskitas descompuestas. Todos los componentes pueden reutilizarse en una nueva célula solar de perovskita sin afectar su rendimiento: la célula solar reciclada tiene la misma eficiencia que la original.
Las ventanas solares termocrómicas aún enfrentan desafíos específicos. La temperatura de cambio de fase, relativamente alta, de poco más de 100 grados Celsius, debería reducirse aún más para aplicaciones prácticas. Además, la humedad requerida para la conmutación reversible podría afectar la estabilidad a largo plazo de las capas de perovskita. Sin embargo, dado que la composición de los materiales de perovskita puede variar considerablemente, estudios posteriores podrían identificar mezclas de materiales sin estos inconvenientes y, por lo tanto, aumentar aún más la eficiencia.
Potencial de mercado y perspectivas futuras
La combinación de flexibilidad, ventajas de costo y eficiencia excepcional convierte a las células solares de perovskita en una tecnología prometedora para la transición energética. Los investigadores de mercado de IDTechEx predicen que el mercado fotovoltaico de perovskita alcanzará un volumen de ventas anual cercano a los 12 000 millones de dólares estadounidenses para 2035. Esta tecnología podría reemplazar a los módulos de silicio como la tecnología fotovoltaica dominante en el futuro.
La combinación de perovskita con silicio en celdas tándem resulta particularmente prometedora, alcanzando potencialmente eficiencias de hasta el 43 %, una mejora significativa con respecto a los módulos de silicio puro. Los materiales de perovskita pueden adaptarse específicamente para aprovechar eficientemente las diferentes longitudes de onda de la luz solar: mientras que la perovskita absorbe mejor la luz de onda corta (azul), el silicio destaca en el rango de onda larga (rojo).
Las células solares de perovskita transparente abren nuevas perspectivas para la integración de la energía fotovoltaica en edificios. Para sustituir las ventanas pasivas por ventanas generadoras de energía lo antes posible, los investigadores trabajan para optimizar el rendimiento de estas tecnologías y acelerar la comercialización de las células fotovoltaicas transparentes. Si se superan los retos pendientes de estabilidad y durabilidad, las ventanas solares de perovskita podrían contribuir significativamente a la generación de energía descentralizada en zonas urbanas en un futuro próximo.
Transición energética urbana: Ventanas generadoras de energía con tecnología de perovskita
Las células solares de perovskita, especialmente sus versiones transparentes para ventanas , representan una tecnología prometedora para el futuro de la energía fotovoltaica. Gracias a su combinación de alta eficiencia, transparencia, bajos costes de fabricación y flexibilidad, ofrecen ventajas significativas frente a las células solares de silicio convencionales. La capacidad de transformar fachadas y ventanas de edificios en generadores de energía sin comprometer su función principal podría contribuir de forma crucial a la transición energética en las zonas urbanas.
Los recientes avances en la mejora de la estabilidad y la longevidad de estas células en condiciones ambientales reales son alentadores y abren el camino a una aplicación comercial más amplia. Las propiedades termocrómicas de algunas ventanas basadas en perovskita resultan particularmente innovadoras, ya que no solo pueden generar electricidad, sino que también contribuyen a la eficiencia energética de los edificios al ajustar su transparencia.
Si bien persisten algunos desafíos, el rápido desarrollo de la tecnología de perovskita en los últimos años sugiere que las células solares transparentes y de alta eficiencia pronto podrían desempeñar un papel importante en la arquitectura y el suministro de energía. Esta innovadora tecnología podría transformar radicalmente el futuro de la construcción, creando edificios cuyas ventanas y fachadas no solo sean estéticamente atractivas, sino que también contribuyan activamente a la producción de energía.
Adecuado para:
- City Solar Roofing: la pérgola Solar City con módulos solares parcialmente transparentes, el concepto ideal para la ciudad verde e inteligente del futuro
- Smart City: el sistema de módulo de cochera fotovoltaico inteligente y escalable para particulares, municipios e industria: cochera solar compacta
Su socio global de marketing y desarrollo empresarial
☑️ Nuestro idioma comercial es inglés o alemán.
☑️ NUEVO: ¡Correspondencia en tu idioma nacional!
Konrad Wolfenstein
Estaré encantado de servirle a usted y a mi equipo como asesor personal.
Puedes ponerte en contacto conmigo rellenando el formulario de contacto o simplemente llámame al +49 89 89 674 804 (Múnich) . Mi dirección de correo electrónico es: wolfenstein ∂ xpert.digital
Estoy deseando que llegue nuestro proyecto conjunto.
