Un equipo de investigación de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur (NTU Singapur) ha diseñado un dispositivo “inteligente” capaz de captar la luz natural y transmitirla a espacios subterráneos, reduciendo la necesidad de recurrir a fuentes de energía tradicionales para la iluminación.

Actualmente Singapur se encuentra en una fase de expansión “subterránea”, donde albergar nuevos espacios para las infraestructuras, almacenamiento y los servicios públicos. Es por ello, que se espera que la demanda de iluminación se multiplique en los próximos años al tener que dar servicio con iluminación artificial de forma continua a estos espacios. 

Con el objetivo de afrontar este incremento de demanda de forma sostenible, un equipo de investigación de NTU Singapur ha estado investigando la forma de desarrollar un dispositivo de recolección de luz natural que permite transportar esta luz a espacios subterráneos. Para ello los científicos se valieron de una bola acrílica, fibra óptica y motores asistidos por ordenador para la fabricación del prototipo. 

El dispositivo, descrito en el paper publicado recientemente en la revista científica “Solar Energy”, se encuentra sobre el suelo y, al igual que la lente de una lupa, la bola acrílica actúa como concentrador solar, permitiendo captar los rayos paralelos de luz solar. Esta luz solar enfocada se recoge en un extremo de un cable de fibra y se transporta por el hasta el espacio subterráneo que se pretende iluminar. 

Al mismo tiempo, los pequeños motores asistidos por ordenador, ajustan de forma automática la posición del extremo del colector de fibra, para optimizar la cantidad de luz solar que se puede recibir y a transportar a medida que el sol se mueva a lo largo del día. 

El prototipo tiene un peso de 10 Kg y una altura de 50 cm. Para proteger la bola de acrílico de las condiciones ambientales (luz ultravioleta, polvo, etc.), los investigadores también construyeron una cubierta transparente en forma de cúpula de 3 mm de espesor con policarbonato.

“Nuestra innovación se basa en materiales disponibles comercialmente, lo que ha que sea potencialmente muy fácil de fabricar a escala. Debido a las limitaciones de espacio en ciudades densamente pobladas, hemos diseñado intencionalmente el sistema de recolección de luz diurna para que sea ligero y compacto. Esto haría conveniente que nuestro dispositivo se incorporara a la infraestructura existente en el entorno urbano”, explica el profesor Yoo Seongwoo de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, y autor principal del estudio. 

Los investigadores estiman que el dispositivo es ideal para ser montado en un poste convencional de alumbrado. Esto permitiría que la innovación se utilizara de dos maneras: un dispositivo para recoger la luz solar durante el día para iluminar los espacios subterráneos y una farola para iluminar sobre el suelo por la noche utilizando electricidad.

Sistema de posicionamiento inteligente para cosechar la máxima luz solar

A medida que el sol se mueve a través del cielo durante todo el día, también lo hará la posición de la luz solar enfocada dentro de la bola de acrílico. Para garantizar que se recoja y transporte la máxima luz solar por el cable de fibra durante todo el día, el sistema utiliza un mecanismo basado en motores asistidos por ordenador para rastrear los rayos solares.

Las coordenadas del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) de la ubicación del dispositivo están precargadas en el sistema, lo que le permite determinar el lugar donde se debe enfocar la luz solar máxima en un momento dado. A continuación, se utilizan dos motores pequeños para ajustar automáticamente la posición de la bolar para capturar y transportar la luz solar desde el punto enfocado a intervalos de un minuto.

Para garantizar la capacidad de posicionamiento automático del dispositivo, también se colocan sensores que miden el brillo de la luz alrededor del extremo de captación de la luz solar del cable de fibra. Cada vez que los sensores detectan inconsistencias en las mediciones de luz, los pequeños motores se activan automáticamente para ajustar la posición del cable hasta que los valores de los sensores sean los mismos. Esto indica que la fibra está captando la máxima cantidad de luz solar posible.

Durante la lluvia o los cielos nublados, cuando no hay luz solar inadecuada para ser recogida y transportada bajo tierra, una bombilla LED alimentada por electricidad instalada justo al lado del extremo emisor del cable de fibra, se encenderá automáticamente. Esto asegura que el dispositivo pueda iluminar espacios subterráneos durante todo el día sin interrupción.

Desarrollo comercial 

En ensayos en un almacén totalmente oscuro que forma que simula un entorno subterráneo, los investigadores encontraron que la eficacia luminosa del dispositivo es de 230 lm/W. 

“La eficacia luminosa de nuestro dispositivo de bajo coste demuestra que es realmente adecuado para aplicaciones de iluminación de bajo nivel, como aparcamientos, ascensores y pasarelas subterráneas en ciudades densas. También es fácilmente escalable. Dado que la capacidad de captura de luz de la lente de bola es proporcional a su tamaño, podemos personalizar el dispositivo a la potencia óptica de salida deseada reemplazandolo por una bola más grande o más pequeña”, detalla el Dra Charu Gorel, investigadora principal asociado del Instituto Fotónico de la NTU.

Forma parte también del proyecto como socia industrial, la empresa de diseño de iluminación con sede en Singapur, Technolite, que está explorando formas de incorporar este prototipo, o los conceptos que en él se desarrollan, en proyectos industriales. 

“Es todo un privilegio y honor emprender este viaje de innovación con NTU. Si bien tenemos el Know-How comercial y de aplicaciones, el profundo conocimiento de NTU desde una perspectiva técnica ha llevado la ejecución del proyecto al siguiente nivel que está más allá de nuestras expectativas”, declaró Michael Chia, Director General de Technolite.

Créditos de imágenes: NTU Singapur