Invernaderos con panel solar como tejado

A medida que los países de todo el mundo buscan fuentes de energía sostenibles, las energías renovables, como la solar, tienen una gran demanda.

Sin embargo, los paneles solares pueden ocupar mucho espacio. Y siempre queda la cuestión de si un panel solar intercepta una luz que también sería beneficiosa si llegase hasta donde incidiría de no estar presente dicho panel. Un ejemplo está en la agrivoltaica, que se centra en el uso simultáneo de la tierra tanto para la generación de energía solar como para la agricultura. Por ejemplo, sustituir los cristales de los invernaderos por paneles solares podría energizar con su electricidad a las lámparas y a los dispositivos de control de agua del invernadero. Pero, ¿cómo se construyen paneles solares que puedan absorber la energía de la luz solar sin bloquear la luz que necesitan las plantas? ¿Y hasta qué punto puede garantizarse que los paneles semitransparentes se mantendrán en funcionamiento un tiempo suficiente a la intemperie, algo que sí hacen los tradicionales opacos?

Un equipo que incluye, entre otros, a Yepin Zhao y Yang Yang, los dos de la Escuela Henry Samueli de Ingeniería y Ciencia Aplicada de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) en Estados Unidos, ha ideado un diseño que puede cumplir todos los requisitos.

Estos investigadores han desarrollado una estrategia para optimizar las células solares orgánicas semitransparentes. Estas células se basan en materiales a base de carbono, a diferencia de las sustancias inorgánicas de las células solares convencionales.

El equipo incorporó una capa de una sustancia química natural llamada L-glutatión (L-glutathione), que se vende como suplemento dietético antioxidante sin necesidad de receta médica, y descubrió que la adición prolongaba la vida útil de las células solares, mejoraba su eficiencia y ayudaba a que la luz solar llegara a las plantas en un prototipo de invernadero del tamaño de una casa de muñecas.

Prototipo, de tamaño pequeño, de invernadero cuyo tejado es un panel solar semitransparente. (Yang Yang Laboratory / UCLA)

Los materiales orgánicos son especialmente adecuados para la agrivoltaica por su selectividad en la absorción de la luz. El principal inconveniente que ha impedido su uso generalizado hasta ahora es su poca durabilidad. Las células solares orgánicas tienden a degradarse más rápidamente que sus homólogas inorgánicas porque la luz solar puede hacer que los materiales orgánicos se oxiden y pierdan así electrones. Los investigadores descubrieron que la capa adicional de L-glutatión impedía que los demás materiales de la célula solar se oxidaran, lo que hacía que las células orgánicas mantuvieran una eficiencia superior al 80% tras 1.000 horas de uso continuo, frente a menos del 20% sin la capa añadida.

El equipo de investigación también hizo vigiló el crecimiento de cultivos agrícolas comunes como trigo, judías y brócoli en dos demostraciones distintas. Una tenía un tejado de cristal transparente con segmentos de células solares inorgánicas, y la otra, un tejado hecho enteramente de células solares orgánicas semitransparentes. Los cultivos del invernadero con tejado solar orgánico crecieron más. Los autores del estudio creen que esto se debe a que la capa de L-glutatión bloqueaba 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 de su interior necesiten más agua.

Zhao, Yang y sus colegas exponen los detalles técnicos de su estrategia de diseño, y de los experimentos realizados, en la revista académica Nature Sustainability, bajo el título “Achieving sustainability of greenhouses by integrating stable semi-transparent organic photovoltaics”. (Fuente: NCYT de Amazings)