Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid han desarrollado un módulo fotovoltaico integrado en edificios (BIPV) que actúa como una persiana inteligente que protege a los usuarios del edificio de la luz directa a la vez que reduce la necesidad de iluminación artificial.
«A diferencia de los módulos fotovoltaicos semitransparentes convencionales que comprometen la generación de energía y la iluminación natural, nuestro diseño convierte solo la luz directa en electricidad, mientras transmite la fracción suave y difusa de la luz solar al edificio», dice a pv magazine la autora principal de la investigación, Almudena García Sánchez. «Ofrece una iluminación natural cómoda y sin deslumbramiento, ya que la luz natural transmitida tiene una probabilidad de deslumbramiento muy baja, lo que significa que mejora la comodidad de los usuarios en comparación con los módulos BIPV semitransparentes convencionales que producen patrones de luz y sombra de alto contraste».
En el artículo «A smart semi-translucent building-integrated PV module based on integrated-tracking micro-concentration providing high power density and active daylight management», publicado en Solar Energy Materials and Solar Cells, los científicos explicaron que el módulo integra un novedoso diseño de óptica de microconcentrador asimétrico y un sistema de seguimiento plano integrado. Consiste en un panel trasero móvil con una serie de finas tiras de células solares que captan la luz directa concentrada y la convierten en electricidad con alta eficiencia.
«El enfoque propuesto de CPV fotovoltaico microconcentrado aumenta la densidad de potencia al tiempo que mantiene la translucidez para la iluminación natural utilizando solo la fracción difusa», dijo García Sánchez.
El módulo está diseñado para tener acristalamiento simple o doble en la parte frontal, donde los elementos ópticos primarios (POE) que consisten en lentes lineales de Fresnel se moldean mediante litografía de nanoimpresión ultravioleta (UVNIL). Estas lentes concentran la irradiación directa en las tiras de células solares colocadas en el plano posterior y se acoplan con elementos ópticos secundarios (SOE) para mejorar la tolerancia angular del sistema.
Imagen: Universidad Politécnica de Madrid, Materiales de Energía Solar y Células Solares, CC BY 4.0
El panel también cuenta con una lámina trasera transparente que permite la transmisión de la irradiancia difusa como luz diurna de bajo deslumbramiento, con el sistema de microseguimiento desplazando las células solares fuera de los focos y permitiendo la transmisión de la luz directa.
Con esta configuración, el sistema puede cambiar de modos de transmisión baja y alta y viceversa o modularse entre estos dos extremos. «El módulo está diseñado para ser utilizado como un elemento translúcido de la envolvente del edificio», explicaron además los académicos. «Puede integrarse en elementos de cubierta horizontales y elementos de fachada verticales donde no se requiere una vista directa del exterior».
También dijeron que el sistema puede garantizar una alta densidad de potencia, ya que recoge toda la luz directa que incide en el área de apertura, mientras que las células solares de los módulos BIPV semitransparentes convencionales están espaciadas para permitir cierta transmisión de luz para la iluminación natural.
«El diseño óptico se ha adaptado a los procesos de impresión ultravioleta roll-to-plate para permitir una producción de bajo coste y alto rendimiento», añadieron. «La eficiencia óptica es superior al 70 % en una amplia gama de ángulos de incidencia, lo que garantiza una alta eficiencia eléctrica y densidad de potencia durante todo el día en todas las estaciones».
El equipo de investigación ya ha presentado una solicitud de patente para el nuevo concepto de BIPV.
«Además, ofrece la capacidad de gestionar activamente la cantidad de luz directa en función de las prescripciones del usuario o de las necesidades ambientales, lo que no es posible en los módulos semitransparentes convencionales», subrayó García Sánchez. «Esta y otras novedades resolverían algunos de los retos técnicos del vidrio solar convencional o de los módulos fotovoltaicos semitransparentes para la integración arquitectónica, que dificultan una penetración más rápida de la BIPV en el sector de la construcción: ausencia de gestión activa de la iluminación transmitida; alto deslumbramiento de la luz diurna bajo la luz solar directa; necesidad de dispositivos adicionales de protección solar como persianas; baja densidad de potencia si se transmite una cantidad significativa de luz diurna».
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