La agrivoltaica es un nuevo campo que cada vez mayor interés a medida que se desarrollan nuevas tecnologías de paneles fotovoltaicos. El concepto se basa en el desarrollo de nuevas tecnologías y procesos que permitan el uso simultáneo de la tierra para la generación de energía solar y agricultura.

Los beneficios están claros, ya que permitiría aprovechar la energía renovable del sol mientras se producen alimentos de forma sostenible. Un posible caso de uso de esta tecnología sería el reemplazar los cristales de los invernaderos por paneles solares que permiten suministrar la suficiente energía eléctrica para cubrir las necesidades de iluminación y controles del agua de toda la explotación, a la vez que aporta la luz suficiente para el crecimiento de las plantas. Pero ¿qué tecnología permite desarrollar paneles solares que puedan absorber la energía de la luz solar sin bloquear la luz que necesitan las plantas?.

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La fotovoltaica orgánica semitransparente es una tecnología emergente de captación de energía solar con aplicaciones prometedoras, como el caso que planteamos anteriormente.  Sin embargo, la escasa estabilidad operativa de estos paneles plantea problemas para su viabilidad en instalaciones de uso intensivo y continuo. Yang Yang, científico de materiales de la Escuela Samueli de Ingeniería de la UCLA, y su equipo han logrado diseñar un dispositivo que mejora la estabilidad operativa de la fotovoltaica orgánica semitransparente bajo radiación solar continua. 

Para ello, el equipo de investigación utilizó materiales de carbono para el desarrollo de las células solares semitransparentes e incorporaron una capa de una sustancia química natural llamada L-glutatión, que se vende como suplemento dietético antioxidante de venta libre. Los resultados, publicados recientemente en Nature Sustainability, mostraron que esta adición prolongaba la vida útil de las células solares, mejoraba su eficiencia y permitía que la luz solar llegara a las plantas en un prototipo de invernadero del tamaño de una pequeña casa de muñecas.

“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 falta de estabilidad”, explica Yang, que también es profesor de bioingeniería y ocupa la cátedra Carol y Lawrence E. Tannas Jr. de Ingeniería de la UCLA.

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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 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 siguió el crecimiento de cultivos comunes como el trigo, las judías mungo y el brócoli en dos demostraciones distintas. Una tenía un techo de cristal transparente con segmentos de células solares inorgánicas, y la otra, un techo hecho enteramente de células solares orgánicas semitransparentes.

Los cultivos del invernadero con techo solar orgánico crecieron más que los de un invernadero normal. Los científicos 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 del interior necesiten más agua.

“No esperábamos que las células solares orgánicas superaran a un invernadero convencional con tejado de cristal. Pero repetimos los experimentos varias veces con los mismos resultados y, tras nuevas investigaciones y análisis, descubrimos que las plantas no necesitan tanta luz solar para crecer como habíamos pensado en un principio. De hecho, demasiada exposición al sol puede hacer más mal que bien, sobre todo en climas como el de California, donde la luz solar es más abundante”, explica Yepin Zhao, autor principal de la investigación y becario postdoctoral de la UCLA en el laboratorio de Yang. 

A raíz de estos hallazgos, el equipo ha creado en la UCLA una startup con el objetivo de ampliar la producción de células solares orgánicas para uso industrial. Los investigadores afirman que esperan comercializar en el futuro invernaderos respetuosos con el medio ambiente que incorporen las células solares orgánicas.

Créditos de imagen portada: Yang Yang Laboratory/UCLA