A medida que los países de todo el mundo buscan fuentes de energía sostenibles y los EE. UU. se esfuerzan por convertirse en una economía de cero emisiones netas para 2050 , las fuentes de energía renovable, como los paneles solares, tienen una gran demanda.
por la Universidad de California, Los Ángeles
Sin embargo, los paneles solares pueden ocupar un espacio significativo y, a menudo, son difíciles de escalar. Ingrese al nuevo campo de la agrovoltaica, que se enfoca en el uso simultáneo de la tierra tanto para la generación de energía solar como para la agricultura. Por ejemplo, reemplazar el vidrio en los invernaderos con paneles solares podría alimentar las lámparas y los controles de agua en el invernadero , o incluso en toda la granja. Pero, ¿cómo se construyen paneles solares que puedan absorber la energía de la luz solar sin bloquear la luz que necesitan las plantas?
El científico de materiales de la Escuela de Ingeniería Samueli de la UCLA, Yang Yang, y su equipo han diseñado un dispositivo de este tipo. En un estudio publicado hoy en Nature Sustainability , exploran una aplicación nueva y viable de células solares que no requiere grandes terrenos.
El equipo ha desarrollado una estrategia para aumentar las células solares orgánicas semitransparentes . Estas células se basan en materiales a base de carbono, a diferencia de las sustancias inorgánicas de los dispositivos convencionales. Los investigadores incorporaron una capa de una sustancia química natural llamada L-glutatión, que se vende como suplemento dietético antioxidante sin receta, y descubrieron que la adición prolongaba la vida útil de las células solares, mejoraba su eficiencia y aún permitía que llegara la luz solar adecuada. plantas en un prototipo de invernadero del tamaño de una pequeña casa de muñecas.
«Los materiales orgánicos son especialmente adecuados para los agrovoltaicos debido a su selectividad de absorción de luz», dijo Yang, quien también tiene un nombramiento en la facultad de bioingeniería y ocupa la Cátedra de Ingeniería Carol y Lawrence E. Tannas Jr. de la UCLA. “El principal inconveniente que ha impedido hasta ahora su uso generalizado es su falta de estabilidad”.
Las células solares orgánicas tienden a degradarse más rápidamente que sus contrapartes inorgánicas porque la luz solar puede causar que los materiales orgánicos se oxiden y, por lo tanto, pierdan electrones. Los investigadores encontraron que la capa adicional de L-glutatión evitó que los otros materiales en la celda solar se oxidaran, lo que dio como resultado que las celdas orgánicas mantuvieran una eficiencia superior al 80 % después de 1000 horas de uso continuo, a diferencia de menos del 20 % sin la capa añadida.
El equipo de investigación también rastreó el crecimiento de cultivos comunes como el trigo, el frijol mungo y el brócoli en dos demostraciones separadas. Uno tenía un techo de vidrio transparente con segmentos de células solares inorgánicas y el otro tenía un techo hecho completamente de células solares orgánicas semitransparentes. Los cultivos en el invernadero con techo solar orgánico crecieron más que los cultivos en un invernadero normal. Los científicos creen que esto se debe a que la capa de L-glutatión bloqueó los rayos ultravioleta, que pueden inhibir el crecimiento de las plantas , y los rayos infrarrojos, que pueden hacer que los invernaderos se sobrecalienten y que las plantas del interior requieran más agua.
«No esperábamos que las células solares orgánicas superaran a un invernadero con techo de vidrio convencional», dijo Yepin Zhao, autor principal de la investigación y becario postdoctoral de la UCLA en el laboratorio de Yang. «Pero repetimos los experimentos varias veces con los mismos resultados y después de más investigación y análisis, descubrimos que las plantas no necesitan tanta luz solar para crecer como habíamos pensado originalmente. De hecho, demasiada exposición al sol puede causar más daño. que bueno, especialmente en climas como el de California, donde la luz del sol es más abundante».
Inmediatamente después de estos hallazgos, el equipo ha establecido una startup en UCLA que tiene como objetivo aumentar la producción de células solares orgánicas para uso industrial. Los investigadores dijeron que esperan hacer invernaderos ecológicos que incorporen las células solares orgánicas disponibles comercialmente en el futuro.
Más información: Minhuan Wang, Lograr la sostenibilidad de los invernaderos mediante la integración de energía fotovoltaica orgánica semitransparente estable, Nature Sustainability (2023). DOI: 10.1038/s41893-023-01071-2 . www.nature.com/articles/s41893-023-01071-2
