Los continuos avances en el Internet de las Cosas (IoT, por sus siglas en inglés) está haciendo que cada vez más dispositivos de nuestra vida diaria estén conectados. Las múltiples ventajas que estos comportan llevan consigo, por desgracia, la obligación continua de tener que cargarlos para alimentar sus circuitos. La fotovoltaica de interior está surgiendo como un atractivo candidato para solucionar este problema de suministro de energía continua que demanda el mundo del IoT.
Un reciente estudio publicado en ACS Applied Energy Materials por Uli Würfel y su equipo nos acerca a esta realidad, mostrando qué sistemas fotovoltaicos funcionan mejor bajo la iluminación LED blanca fría, un tipo común en interiores.
La iluminación interior, a diferencia de la luz solar, emite un espectro de luz más estrecho y con menor intensidad. Los paneles solares tradicionales están optimizados para convertir la luz solar, rica en ultravioleta, infrarrojo y luz visible, en energía eléctrica. Sin embargo, esta eficiencia se reduce significativamente bajo iluminación artificial.
Algunos materiales fotovoltaicos de última generación, como los minerales de perovskita y las películas orgánicas, se han ensayado con luz de interior, pero no está claro cuáles son los más eficientes para convertir la luz no natural en electricidad; muchos de los estudios utilizan varios tipos de luz de interior para ensayar fotovoltaicos fabricados con distintos materiales. Por eso, Uli Würfel y sus colaboradores compararon distintas tecnologías fotovoltaicas bajo el mismo tipo de iluminación interior.
Los investigadores compararon ocho tipos de dispositivos fotovoltaicos, desde el silicio amorfo tradicional hasta tecnologías de película fina como las células solares sensibilizadas por colorante. Midieron la capacidad de cada material para convertir la luz en electricidad, primero bajo luz solar simulada y luego bajo una luz LED blanca fría. En concreto, se analizaron su rendimiento baja luminancias bajas de entre 100 y 1000 lux.
Las células fotovoltaicas de fosfuro de galio e indio mostraron la mayor eficiencia bajo luz interior, convirtiendo casi el 40% de la energía luminosa en electricidad (39,9% baja luz LED blanca fría de 500 lx). Como esperaban los investigadores, el rendimiento del material con galio bajo la luz solar fue modesto en comparación con los demás materiales probados, debido a su gran brecha de banda. Asimismo, un material llamado silicio cristalino demostró la mejor eficiencia bajo la luz solar, pero fue mediocre bajo la luz interior.
Los investigadores afirman que el fosfuro de galio e indio aún no se ha utilizado en células fotovoltaicas comerciales, pero este estudio apunta a su potencial más allá de la energía solar tradicional. Sin embargo, añaden que los materiales que contienen galio son caros y quizá no sirvan como producto de masas viable para alimentar sistemas domésticos inteligentes.
En cambio, las células fotovoltaicas minerales de perovskita y de película orgánica son menos caras y no presentan problemas de estabilidad en condiciones de iluminación interior. Su menor costo y mayor estabilidad bajo condiciones de iluminación interior los hacen candidatos prometedores para aplicaciones en hogares inteligentes.
El estudio también reveló que una parte de la energía de la luz interior se convertía en calor en lugar de electricidad. Este descubrimiento es crucial para optimizar futuras células fotovoltaicas destinadas a dispositivos de interior, buscando maximizar la conversión de luz en electricidad y minimizar la generación de calor.
Estas innovaciones podrían marcar una era donde la energía para nuestros dispositivos IoT se genere de manera más eficiente y sostenible a través de la iluminación de nuestros hogares o espacios de trabajo. La investigación ha sido financiada por varias entidades, incluyendo el Engineering and Physical Sciences Research Council (U.K.) y el German Research Foundation.
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