Ventanas fotoeléctricas: el camino hacia una arquitectura eficiente y sostenible

Ventanas fotoeléctricas: el camino hacia una arquitectura eficiente y sostenible

Imagine que una ventana de su casa atrapa la luz del Sol y la convierte en electricidad. La tecnología que lo hace posible existe y es una de las más prometedoras soluciones para ayudar a hacer realidad los ansiados edificios de consumo energético casi nulo.

En diciembre de 2015 se firmó el Acuerdo de París contra el cambio climático. 195 países sellaron un compromiso para fijar el calentamiento del planeta en un máximo de 2 ºC, tomando como referencia los valores de la era preindustrial. Para lograr este objetivo acordaron promover la utilización de energías renovables.

Entre las fuentes de energía renovable, el Sol ocupa un lugar destacado. Es una energía limpia, gratuita e inagotable, al menos durante un largo período de tiempo. Su potencial es enorme. Una sola hora de Sol bastaría para abastecer las demandas energéticas de la humanidad durante todo un año.

La energía es consumida de múltiples formas, pero una de las más útiles y portables es la electricidad. En 1954 los laboratorios Bell desarrollaron las primeras celdas solares fotovoltaicas, dispositivos que convierten la luz en electricidad.

Estas celdas se fabrican a partir de silicio. A pesar de los sucesivos avances, su limitada eficiencia, alto coste y la dificultad de integrarlas arquitectónicamente son factores que han limitado en gran medida su expansión. Se necesitan nuevas estrategias para superar estas dificultades.

Juguemos a atrapar la luz del Sol

“Todos los días juegas con la luz del universo”, sostenía Pablo Neruda en uno de sus poemas. Y es cierto, ya desde niños jugábamos con ella. Orientábamos una lupa hacia el Sol y bajo la misma situábamos un pequeño papel. ¡Sorprendentemente, como si de magia se tratase, el papel comenzaba a arder!

Tras esa aparente magia están las leyes de la óptica. La lupa actúa a modo de embudo solar, magnificando y canalizando los rayos del Sol hacia una pequeña región en la que se incrementa la intensidad lumínica.

En el laboratorio investigamos el desarrollo de una nueva tecnología de captura y concentración de la luz solar, denominada concentrador solar luminiscente, que guarda analogía con esta lupa. La tecnología hace uso de pinturas luminiscentes. Son materiales que absorben la luz y la reemiten. Al depositar estas pinturas sobre la superficie de un vidrio, capturan la radiación solar y la reemiten y redirigen hacia los extremos del vidrio. Allí, celdas solares convertirán esta radiación en electricidad.

Concentradores solares luminiscentes: capturan la luz solar y la reenvían a los extremos. En la imagen se puede apreciar cómo los bordes brillan con más intensidad. Amador Menéndez Velázquez

La ventaja de este sistema es que consigue disminuir el tamaño de las costosas celdas solares, ahora reducidas a los bordes del vidrio. Sin embargo, se dispone de una gran superficie –las caras del vidrio– para capturar una gran cantidad de luz.

Otra ventaja de los concentradores solares luminiscentes es su eficiencia a la hora de captar la radiación solar, frente a las convencionales de silicio que sólo capturan una pequeña fracción.

En los concentradores solares luminiscentes podemos seleccionar una combinación de diferentes tintes, cada uno de los cuales captura un color específico. De esta forma, entre todos ellos se podrían captar diferentes componentes o colores (longitudes de onda) del espectro solar y así aprovechar mejor la radiación solar.

Diferentes pinturas luminiscentes capturan diferentes colores de la luz solar. Amador Menéndez Velázquez

Además, los concentradores solares luminiscentes pueden recoger no solo la radiación directa del Sol, sino también la difusa -que ha sufrido las distorsiones de la atmósfera-, lo que posibilita su uso en días nublados y condiciones climatológicas adversas.

Presentan la ventaja adicional de la integración arquitectónica. ¡Las ventanas de nuestras casas podrían quedar convertidas en pequeñas centrales fotoeléctricas! Por otra parte, la gama de tintes permite jugar con la estética, siendo también posible conseguir tonalidades incoloras mediante una combinación adecuada de tintes.

Prototipo de “ventana fotoeléctrica” desarrollada en ITMA - Instituto Tecnológico de Materiales de Asturias. La ventana captura luz que convierte en electricidad para hacer girar una hélice.

En algunos edificios son cada vez más frecuentes los vidrios de colores. Para conseguir el color hacen uso de tintes absortivos, que capturan la radiación solar y la pierden en forma de calor. Si los reemplazamos por otros fluorescentes, será posible capturar la radiación solar para generar energía, en vez de perderla en forma de calor. Con el concentrador solar luminiscente, estética y funcionalidad pueden coexistir.

Museo de Are Contemporáneo de Castilla y León (MUSAC). Estas ventanas de colores podrían convertirse en pequeñas centrales fotoeléctricas. Además del efecto estético tendrían así una nueva funcionalidad. MUSAC

Edificios que (casi) no consumen energía

Según datos de la Comisión Europea, los edificios consumen un 40 % del total de energía utilizada en la Unión Europea. Además, son responsables del 36 % de las emisiones de dióxido de carbono. Esta misma comisión apunta que “alrededor del 75 % de los edificios en Europa son ineficientes desde el punto de vista energético”. Hay que destacar que la Unión Europea importa el 53 % de la energía que necesita. Los números son demoledores y hablan por sí solos. Es necesario tomar medidas al respecto.

En la transición hacia una arquitectura sostenible y respetuosa con el medio ambiente, el objetivo es hacer realidad los edificios de consumo energético casi nulo, conocidos como nZEB (del inglés, nearly Zero Energy Buildings). Estos edificios deben ahorrar energía y generar la suficiente para casi autoabastecerse.

La Directiva 2010/31/UE, aprobada por el Parlamento Europeo, obliga a que todos los edificios públicos de nueva construcción sean de consumo energético casi nulo a partir del 31 de diciembre de 2018. Para los edificios privados la fecha límite es el 31 de diciembre de 2020.

En zonas rurales y áreas de baja población, se han realizado progresos en edificaciones que tratan de equilibrar el gasto y la generación de energía. Esto no es así en las grandes ciudades, que tropiezan con el problema de no disponer de suficiente espacio para instalar dispositivos de captura y generación de energía.

En el caso de la energía solar fotovoltaica, los espacios disponibles alrededor del edificio son caros y escasos para instalar una cantidad razonable de celdas solares fotovoltaicas. Los techos son una alternativa, pero representan un espacio demasiado pequeño como para instalar suficientes módulos fotovoltaicos que abastezcan los requerimientos eléctricos de la edificación.

Por eso se buscan nuevas tecnologías que permitan integrar dispositivos de energía solar en las fachadas e incluso las ventanas de los edificios. Aquí cobra especial importancia el concentrador solar luminiscente, una tecnología emergente que puede ser de gran ayuda en el camino hacia una arquitectura eficiente, sostenible y respetuosa con el medio ambiente.

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