Qué son los Concentradores Solares Luminiscentes (LSC). Avances y evolución de los LSC.

Concentradores Solares Luminiscentes

Los Concentradores Solares Luminiscentes se muestran como potenciales aspirantes para la producción de energía solar de una forma más económica.

Una opción más viable para reducir costes sería concentrar la luz solar en una superficie más pequeña de células fotovoltaicas.

La tecnología fotovoltaica se plantea como una vía prometedora para la futura producción de energía verde.

Ya que tiene la mayor perspectiva de crecimiento entre los recursos de energía renovable.

Es abundante, limpia e inagotable, con alta disponibilidad en todo el mundo.

En general, se conoce como concentradores solares (colectores), a elementos capaces de recolectar luz solar, concentrarla y dirigirla.

Se distinguen 2 grupos de concentradores:

1.- Los de tipo reflectante (que usan espejos).

2- Los de tipo refractivo (que usan lentes de transmisión).

Los Concentradores Solares Luminiscentes (LSC)

Son guías de onda transparentes dopadas con materiales luminiscentes capaces de absorber la luz solar a través de su superficie.

Posteriormente emitirla a una mayor longitud de onda, y transportarla por reflexión interna a los extremos donde se colocan las células fotovoltaicas.

El uso de polímeros transparentes baratos son materiales de base para su creación.

La ubicación de las células fotovoltaicas en los extremos, disminuyen el costo total del sistema de captación de energía solar.

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 (POF, por sus siglas en inglés) con dopante híbrido que servirá para producir energía a pequeña escala.

El enfoque de esta tecnología podría permitir a los sistemas fotovoltaicos que ya no se limiten a los paneles solares en los tejados.

Las fibras ópticas podrían llevar la luz del sol a las paredes de los edificios donde las estructuras la convierten en electricidad.

El plástico de fibra óptica con un dopante híbrido funciona como un concentrador solar luminiscente.

Es decir, absorbe la luz solar y la emite a una longitud de onda más larga.

Por consiguiente, transporta la luz en el extremo de la fibra por reflexión interna total.

Y la célula fotovoltaica se coloca en el extremo de la fibra.

Concentradores Solares Luminiscentes

Una fibra de 6 cm de longitud puede llegar a concentrar 1/3 de la luz que emite el sol un día soleado de verano.

A éste tipo de fibra se le ha medido su rendimiento en diferentes condiciones ambientales y de iluminación.

Los resultados que se han obtenido es que su rendimiento es mayor cuando la luz no incide directamente en la fibra.

Esa característica es muy importante y efectiva.

Teniendo en cuenta que el rendimiento de las células de silicio es muy pequeño en días nublados.

Aunque en la investigación se ha reconocido que cuando la fibra es muy larga la luz que se transporta por el interior se debilita.

Es decir, con una fibra de 6m de longitud se ha podido concentrar una intensidad de luz 1,3 veces mayor que la luz directa del sol.

La estructura de guía de onda cilíndrica de las POF añade varios beneficios.

Por un lado, son ligeras, delgadas y flexibles, lo que permite una fácil manipulación por parte del usuario.

Pueden fácilmente conectarse a POF transparentes para guiar la luz.

Lo que permite la separación espacial entre el sistema de recolección de luz y la colocación del sistema final cuando sea necesario.

Por otra parte, el uso de POF dopadas para realizar Concentradores Solares Luminiscentes flexibles y de bajo peso pueden permitir la recolección de energía en aplicaciones móviles.

Teóricamente, un LSC podría alcanzar la misma eficiencia de conversión que una célula fotovoltaica de unión simple.

Pero experimentan un mayor número de mecanismos que incrementan las pérdidas a lo largo de la transmisión de luz.

Estas pérdidas implican que las eficiencias de conversión sean más bajas que las de las células fotovoltaicas estándar bajo radiación solar directa.

Por lo tanto, es poco probable que los LSC se posicionen líderes en el mercado global de energía solar.

Uno de los nichos de mercado con un alto potencial es el denominado “building integrated fotovoltaics (BIPV)” en las ciudades.

Donde el costo del suelo para la instalación de células solares es muy alto, y el espacio disponible en las azoteas es escaso para acomodar grandes módulos fotovoltaicos.

La implementación de los LSCs en la BIPV juega un papel clave en la transición a una arquitectura energéticamente sostenible.

Además, cualquier sistema recolector de energía solar destinado a ser utilizado en escenarios urbanos está sujeto a:

*Diversos grados de sombras debido a árboles, otros edificios, o nubes, lo que disminuye el rendimiento del sistema fotovoltaico.

Este trabajo de investigación combina:

*El diseño, la fabricación y la caracterización de novedosas POF doblemente dopadas para aplicaciones Concentradores Solares Luminiscentes.

El sistema de concentración de luz solar propuesto combina:

*Los beneficios de la estructura cilíndrica de POFs con los de usar una combinación hibrida de dopantes.

Mezclando colorantes orgánicos y materiales metal-orgánicos.

Las amplias bandas de absorción y emisión de la combinación híbrida de dopantes permiten una amplia utilización del espectro solar.

Y la ausencia de superposición entre los espectros de absorción y emisión de los materiales orgánicos contribuye a minimizar las pérdidas por reabsorción.

 Ventajas de los Concentradores Solares Luminiscentes:

  • Captación de luz solar en cualquier ángulo (no necesitan de un sistema de seguimiento solar).
  • Rendimiento invariable bajo diferentes condiciones de iluminación.
  • Puede funcionar en climas parcialmente nublados y no requiere un cielo azul constante para enfocar el sol en la célula fotovoltaica.
  • Se evita por completo el calentamiento del silicio de los concentradores fotovoltaicos convencionales.
  • Oportunidad de desarrollar dispositivos útiles y rentables que encuentren su lugar en nichos de mercado específicos.
  • Son más baratos de fabricar que las células convencionales basadas en silicio monocristalino e incluso policristalinas.
  • Son flexibles y robustas, pero su eficiencia para convertir la luz en energía eléctrica es menor.

Los resultados obtenidos pueden tener un fuerte impacto en el campo de los CSL basados en POF dopadas.

Ya que ofrecen una prometedora tecnología costo-efectiva para la producción de energía sostenible a pequeña escala.

 

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