El vidrio fotovoltaico es un tipo de vidrio que contiene células solares para capturar la energía solar y convertirla en electricidad que puede abastecer la vivienda o la oficina.
Esta tecnología fotovoltaica pertenece a las tecnologías energeticas integradas en edificios, como las tejas fotovoltaicas.
Las ventanas solares son efectivamente ventanas con paneles fotovoltaicos incorporados. Se parecen mucho a las ventanas convencionales, pero cuentan con acristalamiento fotovoltaico que convierte la luz solar en electricidad renovable.
El funcionamiento del vidrio fotovoltaico
Cuando un rayo de sol golpea un panel solar, los fotones son absorbidos por el silicio en una célula solar. Entonces los fotones golpean la célula, liberan electrones. Estos electrones son capturados por un campo eléctrico dentro de la célula solar, que crea un flujo de electricidad. La electricidad generada por las células solares se puede utilizar para alimentar aparatos eléctricos situados en el interioir del edificio.
El vidrio inteligente fotovoltaico es otro tipo de vidrio que convierte los rayos ultravioleta e infrarrojos en electricidad mientras transmite luz visible a los interiores de los edificios, lo que permite la generación sostenible de electricidad.
El vidrio fotovoltaico genera electricidad gratuita y limpia gracias al sol, convirtiendo los edificios en generadores de energía verticales. Deja pasar la luz natural mientras captura la luz solar y la convierte en electricidad.
¿Qué son las ventanas solares?
Las ventanas solares son un tipo de ventanas que generan energía a partir de los rayos solares. Hay diferentes tecnologías que convierten una ventana en un panel solar. Por lo tanto, obtenemos la funcionalidad de una ventana empleando un panel solar y todo en un único elemento.
Las ventanas solares son la gran apuesta de los ingenieros para obtener energía en elementos estáticos de uso común. La ventana solar es un tipo de ventana construida con vidrio fotovoltaico transparente. Fabricantes especializados han logrado fabricarlo mediante el uso de revestimientos líquidos y nanotecnología, hasta lograr unas ventanas translucidas que generan energía solar.
Los descubrimientos de nuevos materiales han evolucionado hasta alcanzar un vidrio fotovovoltaico adecuado para estas nuevas ventanas, también llamadas, ventanas fotovoltaicas.
Las ventanas solares están fabricadas con una capa fotovoltaica que se genera con carbón, nitrógeno, oxígeno y otros elementos. Estos componentes crean una capa activa que absorbe la luz y la aprovecha para generar energía. Unos conductores trasladan la energía a unas baterías de almacenamiento, que pueden ser internas o externas. Desde la batería suministramos electricidad al resto de la vivienda sin coste adicional.
La instalación de ventanas solares es completamente similar a ventanas comunes. La única diferencia es que la ventana solar tendrá que colocarse en zonas donde exista una buena iluminación solar. Buscamos aprovechar al máximo su rendimiento.
🔆 ¿Cuál es el precio de las ventanas solares?
El precio de las ventanas solares depende de la marca, el diseño y las prestaciones. También de las dimensiones y del acabado. No obstante como referencia general el precio de una ventana solar está entre 200 € y los 450 €. Es un precio más elevado que una ventana convencional, pero es evidente que se trata de otra tecnología con funcionalidades adicionales.
¿Quien vende ventanas fotovoltaicas?
Una empresa que destaca en la comercialización de ventanas solares es Physee bajo la marca PowerWindow. Este producto posee diminutos paneles solares dispuestos a lo largo de los bordes de las placas de cristal para generar electricidad a partir de la energía solar. Esta compañia tiene la sede en Países Bajos, donde podemos ver más de 10 metros cuadrados de ventanas con paneles delgados de silicio. Esta solución, también podemos verla en otros edificios comerciales y complejos residenciales en Países Bajos.
No obstante, las ventanas solares sólo pueden generar, actualmente, entre 8 y 10 vatios diarios. La cantidad final depende de la cantidad de luz solar absorbida mediante sus células. Esta cantidad de electricidad es suficiente para cargar un móvil dos veces al día. Los excedentes de energía solar que producen estas ventanas se almacenan en una batería. La cantidad de luz solar obtenida y transformada en energía dependerá de variables como la ubicación de las ventanas, la estación del año y el clima local. España al tener una radiación solar más intensa puede mejorar los ratios de producción.
🔆Los beneficios de las ventanas solares
Para los apasionados de las energías renovables son evidentes las ventajas que aportan las ventanas fotovoltaicas. Algunas ventajas son comunes a las marquesinas fotovoltaicas, que es otro elemento muy interesante para aprovechar la energía solar en oficinas y naves industriales.
Los principales beneficios de las ventanas fotovoltaicas son:
🎯 son ecológicas. Las ventanas fotovoltaicas aportan un mejor aislamiento y eficiencia energética, debido a que contienen filtros que mantienen mejor la temperatura de una vivienda.
🎯 la instalación es sencilla. Se montan como cualquier otra ventana y se adaptan a la carpintería de la vivienda.
🎯 obtienen un importante ahorro energético. Los fabricantes afirman que se reduce prácticamente a la mitad el empleo de electricidad en una vivienda.
🎯 no requieren de un mayor espacio. Las ventanas solares son prácticamente idénticas a cualquier ventana común.
🎯 mantiene la estética de la vivienda. Las ventanas fotovoltaicas son completamente transparentes. No alteran el diseño del edificio, de hecho, en la mayoría de los casos desde fuera no se aprecia su colocación. Actúan como ventanas normales, que permiten pasar la luz sin obstáculos.
🎯 existe una amplia variedad de tamaños y acabados.
🔆 Investigaciones sobre el desarrollo de ventanas fotovoltaicas
Actualmente, existen varias líneas de investigación para desarrollar la tecnología adecuada para obtener un mayor rendimiento de las ventanas solares. Universidades de todo el mundo tienen una carrera científica para descubrir nuevos materiales y métodos. Están desarrollando prototipos, que permiten obtener energía de elementos tan comunes como la ventana de una vivienda.
🟡 Las ventanas solares termocromáticas
La tecnología fotovoltaica termocromática permite que la ventana cambie de color para bloquear el deslumbramiento y reducir el calentamiento solar no deseado. Un efecto frecuente cuando el vidrio se calienta en un día caluroso y soleado.
Este cambio de color también conduce a la formación de una célula solar en funcionamiento que genera energía solar. Las ventanas solares termocromáticas pueden ayudar a que los edificios se conviertan en generadores de energía, aumentando su contribución a las necesidades de la red energética más amplia.
El avance más reciente ahora permite una miríada de colores y una gama más amplia de temperaturas que impulsan el cambio de color. Esto aumenta la flexibilidad del diseño para mejorar la eficiencia energética. También aporta beneficios sobre el control de la estética del edificio. Ambos aspectos son muy deseables tanto para los arquitectos como para los ingenieros de energía.
La ventana solar de primera generación pudo alternar entre transparente y un color marrón rojizo, requiriendo temperaturas entre 150 grados y 175 grados Fahrenheit para desencadenar la transformación.
La última versión permite una amplia variedad de colores y funciona a entre 95 y 115 grados Fahrenheit. Esta temperatura sobre el cristal se logra fácilmente en un día caluroso.
Al usar una composición química y materiales diferentes se ha logrado acelerar rápidamente la transformación del color. El tiempo se reduce de siete segundos a tres minutos.
🔆 Más avances en células para las ventanas solares
Los científicos han desarrollado recientemente dispositivos fotovoltaicos transparentes, que denominan TPV. Estas son versiones transparentes de la celda solar tradicional.
A diferencia de las células solares opacas y oscuras convencionalmente (que absorben la luz visible), los TPV utilizan la luz «invisible» que cae en el rango ultravioleta (UV).
Las células solares convencionales pueden ser de «tipo húmedo» (basadas en solución) o de «tipo seco» (formadas por semiconductores de óxido metálico). De estas, las células solares de tipo seco tienen una ligera ventaja sobre las de tipo húmedo: son más fiables, ecológicas y rentables. Además, los óxidos metálicos son adecuados para aprovechar la luz ultravioleta.
🟡 Prototipo de células fotovoltaicas transparentes
En la Universidad Nacional de Incheon, idearon un diseño innovador para un dispositivo fotovoltaicos transparente basado en óxido metálico. Insertaron una capa ultrafina de silicio entre dos semiconductores transparentes de óxido de metal con el objetivo de desarrollar un dispositivo TPV eficiente.
Su objetivo era diseñar una célula fotovoltaica transparente de alta producción de energía, incrustando una película ultrafina de silicio amorfo entre óxido de zinc y óxido de níquel.
Las ventajas del prototipo fotovoltaico transparente son:
- la utilización de luz de longitud de onda más larga (a diferencia de los TPV desnudos).
- una colección de fotones eficiente.
- un transporte más rápido de partículas cargadas a los electrodos.
Además, el diseño puede generar electricidad incluso en situaciones de poca luz (por ejemplo, en días nublados o lluviosos). Los científicos confirmaron además la capacidad de generación de energía del dispositivo usándolo para operar el motor de CC de un ventilador.
🟡 La aplicación del prototipo para ventanas fotovoltaicas
La mayor rentabilidad de este prototipo de TPV estaría en su aplicación sobre las ventanas solares mejorando las actuales.
Las investigaciones continúan y buscan extender el uso del diseño de TPV a todo tipo de material, desde edificios de vidrio hasta dispositivos móviles como automóviles eléctricos, teléfonos inteligentes y sensores. También se plantean utilizar materiales innovadores como semiconductores 2D, nanocristales de óxidos metálicos y semiconductores de sulfuro.
Los investigadores están motivados para alcanzar un futuro verde sostenible, y para conectar el sistema de energía limpia con una huella de carbono mínima o nula.
🔆 Ventanas solares inteligentes
Otras investigaciones están avanzando en el cambio automático de color según la intensidad de la luz solar. Recientemente, un equipo de investigación coreano ha desarrollado la tecnología fuente para ventanas inteligentes que cambian de color según la cantidad de humedad, sin necesidad de electricidad.
Estos hallazgos de investigación se publicaron como una portada en una revista especializada en nanociencia y óptica: Advanced Optical Materials.
Desarrollaron con éxito un filtro de color variable usando una estructura de resonador metal-hidrogel-metal usando hidrogel a base de quitosano, y lo combinaron con células solares para hacer un sensor de humedad autoalimentado.
Los sensores que usan luz son habituales en nuestra vida diaria. Se usan para medir el ECG, la calidad del aire o la distancia. El principio básico es utilizar la luz para detectar cambios en el entorno y convertirlos en señales digitales.
El equipo de investigación descubrió que cuando el hidrogel de quitosano se transforma en la estructura metal-hidrogel-metal, la longitud de onda de resonancia de la luz transmitida cambia en tiempo real dependiendo de la humedad del ambiente. Esto se debe a que el hidrogel de quitosano repite la expansión y la contracción a medida que la humedad cambia a su alrededor.
Usando este mecanismo, el equipo desarrolló un innovador sensor de humedad. Este puede convertir la energía de la luz en electricidad. Lo consigue combinando una batería solar con un filtro de longitud de onda variable de agua.
El principio de diseño consiste en superponer la longitud de onda de resonancia del filtro con otra longitud de onda, donde la absorción de las células solares cambia rápidamente. Este filtro está diseñado para cambiar la cantidad de absorción de luz de las células solares. El resultado es generar cambios eléctricos que finalmente detecten la humedad circundante.
Aplicación de las ventajas de los sensores ópticos
A diferencia de los sensores ópticos de humedad convencionales, estos funcionan independientemente del tipo de luz. Por tanto, se pueden emplear con luz natural, LED o de interior. Además, no solo funciona sin energía externa, sino que también puede predecir la humedad de acuerdo con el color del filtro.
Esta tecnología se puede aplicar en la detección. Esto sucede porque se puede utilizar en lugares singulares donde las personas y la electricidad no pueden llegar. Esta tecnología permite crear una sinergia aún mayor si se combina con otras tecnologías. Este es el caso de los sensores de humedad que se activan o ventanas inteligentes y cambian de color según el nivel de humedad externa.
Experiencias con perovskita en las ventanas fotovoltaicas
Un grupo de científicos australianos han desarrollado células solares de nueva generación con perovskita. Estas permiten generar electricidad al tiempo que permiten el paso de la luz. El objetivo es que estas células solares semitransparentes, se puedan incorporar al vidrio de las ventanas.
Dos metros cuadrados de ventana solar generarán tanta electricidad como un panel solar estándar de techo. La investigación cuenta con el apoyo de la Agencia Australiana de Energía Renovable.
La idea de estas células solares dentro de las ventanas para producir energía solar no es nueva. En estos momentos existen las ventanas solares con capacidad de generar electricidad. Normalmente, cuentan con un 70% transparencia.
Tienen una eficiencia de conversión de entre el 15 y el 20%. Estos vidrios fotovoltaicos de perovksita tienen una eficiencia de conversión del 17%. Además, siguen transmitiendo más del 10% de la luz entrante, por lo que supone un avance.
Los científicos australianos experimentaron con un semiconductor orgánico que puede convertirse en un polímero. Lo usan para reemplazar un componente de las células solares de uso común (conocido como Spiro-OMeTAD). Este componente ofrece una estabilidad muy baja. Esto sucede porque desarrolla una capa acuosa poco útil. El sustituto produjo resultados sorprendentes.
Fuente: Universidad Incheon / Universidad Monash / Universidad Postech
