La UPV/EHU ha desarrollado un fibra óptica con dopantes híbridos que concentra la luz solar con un rendimiento alto y un coste bajo

Tan solo un 3% de la energía consumida en 2017 proviene de sistemas eólicos, solares y de biomasa; los expertos, sin embargo, creen que actualmente la obtención de energía solar tiene las mayores perspectivas de crecimiento. No cabe duda de que siempre dispondremos de energía solar, y además de aprovecharla utilizando huertos solares, también se pueden utilizar sistemas más pequeños integrados en diversos espacios (en casas, tejados, etc.).

Fibra óptica de plástico dopada, de gran rendimiento, que concentra la luz solar y la transporta hasta células fotovoltaicas (Itxaso Parola / UPV/EHU).

A nivel mundial se están llevando a cabo muchos estudios de mejora de células solares fotovoltaicas. Las células fotovoltaicas más avanzadas hasta el momento son las de silicio, pero son muchos los aspectos que necesitan ser mejorados: las fuentes de silicio son limitadas; las instalaciones requieren de grandes superficies; son necesarios sistemas de seguimiento solar, así como luz solar directa; su rendimiento disminuye mucho en días nublados o con luz difusa, etc. En definitiva, todavía resulta caro disponer de la energía solar.

Precisamente, en una investigación llevada a cabo por los departamentos de Física Aplicada I e Ingeniería de Comunicaciones de la UPV/EHU, en colaboración con el grupo Applied Organic Materials de la Universidad Técnica de Brunswick, han conseguido una fibra óptica de plástico con dopante híbrido que servirá para producir energía a pequeña escala. Para mejorar las características de la fibra óptica han añadido al polímero un dopante compuesto por substancias tanto orgánicas como inorgánicas. “Podrá utilizarse con células fotovoltaicas que alimenten pequeños dispositivos o sensores, y podría tener una gran potencialidad en el mercado de la fotovoltaica integrada en edificios o edificación verde —explica Itxaso Parola, autora de la investigación—. Además, conectada a fibras pasivas, se puede transportar la luz desde un extremo al otro de la fibra, y así, servir para alimentar dispositivos alejados de la fuente de energía”.

“La fibra óptica de plástico con dopante híbrido funciona como un concentrador solar luminiscente: absorbe la luz solar y la emite a una mayor longitud de onda; transporta la luz al extremo de la fibra, por reflexión interna total, y en el extremo de la fibra se coloca la célula fotovoltaica —explica Parola—. Es la primera vez que se utilizan para ese fin fibras ópticas de plástico que combinan componentes orgánicos e inorgánicos”. Asimismo, la investigadora de la UPV/EHU ha destacado que, como otros concentradores luminiscentes, este también resulta muy apropiado para obtener energía solar en espacios situados en sombra y en días nublados.

Itxaso Parola.

Según los resultados de las medidas llevadas a cabo, una fibra de 6 cm de longitud puede llegar a concentrar un tercio de la luz que emite el sol un día soleado de verano, y en opinión de la investigadora “ese resultado es muy bueno”. Han medido el rendimiento de la fibra en diversas condiciones ambientales y de iluminación, y “hemos observado que tiene un buen rendimiento en todos los casos, aunque el rendimiento es incluso algo mayor cuando la luz no incide directamente en la fibra. Esa característica es muy positiva teniendo en cuenta que el rendimiento de las células de silicio es muy pequeño en días nublados o de luz difusa”, comenta. Aunque la investigadora ha reconocido que cuando la fibra es muy larga la luz que se transporta por el interior se debilita, “con una sola fibra de 6 m de longitud hemos conseguido concentrar una intensidad de luz 1,3 veces mayor que la luz directa del sol”, detalla.

Tal como afirma la investigadora, es mucho más barato preparar sistemas como este que utilizar mayores superficies de células de silicio. De todas formas, Parola reconoce que es necesario investigar más en este campo para arrojar luz sobre varios aspectos: “Nosotros hemos realizado experimentos utilizando una única fibra, pero se necesitarían haces de fibras para poder cubrir el área activa de una célula fotovoltaica. Por otra parte, la superficie de las células fotovoltaicas es cuadrada, y al cubrir esa superficie con fibras cilíndricas siempre quedarán pequeñas zonas que no obtendrán luz. Ahora, estamos probando con diferentes diámetros de fibra; cuando la fibra es más gruesa pierde flexibilidad, pero, al mismo tiempo, absorbe más luz. Todavía tenemos mucho que investigar, pero los resultados son muy prometedores”.

Itxaso Parola Domingo (Plentzia, 1991) es ingeniera de telecomunicaciones, y está escribiendo su tesis doctoral bajo la dirección de María Asunción Illarramendi, de la Escuela de Ingeniería de Bilbao de la UPV/EHU, y Joseba Zubia, del departamento de Ingeniería de Comunicaciones de la UPV/EHU. Este trabajo ha sido desarrollado en una estancia con fines de investigación en Technische Universität Braunschweig y dirigido por Hans-Hermann Johannes. La investigación está respaldada por varias instituciones: Fondo Europeo de Desarrollo Regional (Feder), Ministerio de Economía y Competitividad, Departamento de Educación, Política Lingüística y Cultura del Gobierno Vasco y Elkartek.

I. Parola, D. Zaremba, R. Evert, J. Kielhorn, F. Jakobs, M. A. Illarramendi, J. Zubia, W. Kowalsky, Hans-Hermann Johannes. “High performance fluorescent fiber solar concentrators employing double-doped polymer optical fibers”, Solar Energy Materials and Solar Cells. January 2018 DOI: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.01.013