Un equipo de investigadores de la Universidad de Yunnan logró adaptar células fotovoltaicas de perovskita para producir energía en condiciones de baja luminosidad. La tecnología alcanzó una eficiencia del 34,71% en pruebas de laboratorio y podría alimentar robots, sensores y sistemas de comunicación submarinos sin depender de conexiones eléctricas con la superficie.
Un grupo de científicos chinos consiguió desarrollar una nueva generación de células solares capaces de producir electricidad bajo el agua, incluso a una profundidad de 10 metros. El avance abre nuevas posibilidades para el aprovechamiento de la energía fotovoltaica en entornos marinos y podría transformar la autonomía energética de numerosos dispositivos utilizados en investigación y exploración submarina.
El desarrollo fue realizado por investigadores de la Universidad de Yunnan y presentado en un estudio publicado en la revista científica Joule, donde se detallan los resultados obtenidos tanto en laboratorio como en pruebas realizadas en condiciones reales en el mar de China Meridional.
La investigación representa un avance frente a experiencias anteriores, que se habían concentrado principalmente en profundidades de hasta dos metros, una limitación importante para las aplicaciones prácticas de la energía solar submarina.
Uno de los principales desafíos para generar electricidad bajo el agua es la rápida disminución de la radiación solar a medida que aumenta la profundidad. El agua absorbe y dispersa diferentes componentes de la luz, reduciendo considerablemente la energía disponible para las células fotovoltaicas convencionales.
Para superar este obstáculo, los científicos recurrieron a la perovskita, un material semiconductor que permite modificar sus propiedades para aprovechar determinadas longitudes de onda del espectro solar.
A diferencia de los paneles tradicionales de silicio, las células de perovskita pueden diseñarse para captar de manera más eficiente la luz que consigue atravesar varios metros de agua.
En este caso, los investigadores desarrollaron células de perovskita de haluro de plomo con una banda prohibida de aproximadamente 1,96 electronvoltios, adaptada a las condiciones de iluminación submarina.
La tecnología alcanzó una eficiencia de conversión energética del 34,71% durante las pruebas realizadas con iluminación artificial que reproducía las condiciones existentes a 10 metros de profundidad.
Este indicador representa la proporción de energía luminosa recibida que el dispositivo consigue transformar en electricidad y corresponde específicamente a las condiciones de ensayo utilizadas por los investigadores.
Sin embargo, captar la luz disponible no era el único desafío. La perovskita presenta una importante vulnerabilidad frente a la humedad, que puede provocar la degradación de sus propiedades y reducir considerablemente la vida útil de las células solares.
Para resolver este problema, el equipo incorporó clorhidrato de polihexametileno guanidina, un compuesto que permite modificar la estructura del material, reducir defectos y limitar la migración de iones dentro de la célula fotovoltaica.
Esta modificación mejoró la estabilidad del dispositivo y permitió mantener su capacidad de generación durante períodos prolongados de exposición a condiciones submarinas.
Durante los ensayos, las células conservaron el 99,6% de su eficiencia inicial después de aproximadamente 40 días de funcionamiento bajo condiciones simuladas de agua de mar.
A partir de las pruebas de degradación acelerada, los investigadores estimaron que los dispositivos podrían alcanzar una vida útil cercana a los cinco años y medio funcionando a una profundidad de 10 metros y una temperatura de 25 grados.
Esta duración todavía corresponde a una proyección experimental y no a un período de funcionamiento continuo comprobado durante más de cinco años en el océano.
Una vez superada la etapa de laboratorio, los científicos trasladaron la tecnología al mar de China Meridional, frente a la isla Weizhou.
Allí integraron los módulos fotovoltaicos en pequeños vehículos submarinos para evaluar su comportamiento a diferentes profundidades y comprobar si podían suministrar energía a dispositivos reales.
Las pruebas se realizaron a dos, seis y diez metros bajo la superficie.
Los resultados demostraron que los módulos podían generar electricidad suficiente para cargar baterías de iones de litio y alimentar luces LED, incluso en las condiciones de menor luminosidad registradas durante el experimento.
A 10 metros de profundidad, los paneles produjeron 324 milivatios hora de energía durante dos horas de funcionamiento.
Aunque se trata de una cantidad reducida frente a la generación de un panel solar convencional instalado en superficie, resulta significativa para dispositivos submarinos de bajo consumo que necesitan funcionar durante períodos prolongados sin intervención humana.
Los investigadores también observaron que, a menor profundidad, las variaciones provocadas por el movimiento de las olas generaban fluctuaciones importantes en la energía recibida. En cambio, a mayor profundidad, la iluminación resultaba más uniforme, aunque considerablemente menos intensa.
El desarrollo podría tener aplicaciones especialmente relevantes en el monitoreo ambiental, la investigación oceanográfica y las operaciones submarinas.
Actualmente, numerosos sensores, cámaras y equipos de comunicación instalados bajo el mar dependen de baterías que deben reemplazarse periódicamente o de conexiones eléctricas mediante cables hacia instalaciones ubicadas en la superficie.
Estas condiciones incrementan los costos de operación y mantenimiento, especialmente cuando los dispositivos se encuentran alejados de la costa o en zonas de difícil acceso.
La posibilidad de generar electricidad directamente bajo el agua permitiría ampliar la autonomía de estos sistemas y reducir la necesidad de realizar intervenciones frecuentes para garantizar su funcionamiento.
Entre las aplicaciones potenciales se encuentran los robots autónomos de exploración, los sensores destinados a medir parámetros ambientales, las cámaras de observación de ecosistemas marinos y los sistemas de comunicación utilizados en investigaciones científicas.
También podría contribuir al desarrollo de nuevas redes de dispositivos submarinos conectados, capaces de recopilar y transmitir información durante períodos prolongados.
No obstante, la tecnología todavía enfrenta desafíos antes de alcanzar una implementación comercial a gran escala.
Los científicos deberán comprobar su comportamiento a mayores profundidades, evaluar su resistencia en diferentes condiciones oceánicas y desarrollar protocolos estandarizados que permitan medir el rendimiento y la durabilidad de los módulos.
La cantidad de luz disponible también dependerá de factores como la turbidez del agua, las condiciones meteorológicas y la profundidad de instalación, por lo que las aplicaciones deberán adaptarse a las características de cada entorno.
El objetivo no es reemplazar los parques solares terrestres o las grandes instalaciones fotovoltaicas, sino desarrollar una nueva alternativa de abastecimiento energético para equipos que actualmente encuentran importantes limitaciones para operar bajo el agua.
El avance de los investigadores chinos demuestra que la energía solar puede aprovecharse en condiciones que hasta hace pocos años representaban un obstáculo para la tecnología fotovoltaica.
Si los resultados experimentales consiguen trasladarse a dispositivos comerciales, las células solares submarinas podrían convertirse en una herramienta para ampliar la autonomía de la exploración oceánica y desarrollar sistemas de monitoreo marino capaces de funcionar durante años con una menor dependencia de las fuentes tradicionales de alimentación eléctrica.
Fuente: El Confidencial / Redacción TE.
