Los Sistemas Autopotenciados que hacen a los vidrios inteligentes, más inteligentes
Este avance en el vidrio fotocromático le añade a las ventanas inteligentes las ventajas de las celdas solares transparentes que, además de controlar la iluminación, les permite aprovechar parte de la energía sobrante que produce el vidrio, incrementando el ahorro energético al aprovechar al máximo la iluminación natural.
Las ventanas equipadas con vidrios regulables o fotocromáticos pueden aumentar la iluminación, enfriamiento o calefacción mediante la variación del tono de su color, logrando un ahorro promedio de hasta 40% en los costos de energía en las edificaciones.
Los vidrios fotocromaticos inteligentes requieren alimentación eléctrica para funcionar, por lo tanto, son relativamente complicados de instalar en edificaciones existentes, pero mediante la aplicación de una nueva tecnología en celdas solares transparentes, investigadores de la Universidad de Princeton han desarrollado una clase diferente de ventana inteligente: una ventana auto potenciada que promete ser asequible y de fácil aplicación en ventanas existentes. Este sistema cuenta con celdas solares que absorben selectivamente el espectro ultravioleta (UV) cercano, con lo que se logra que las nuevas ventanas sean completamente auto potenciadas.
“La luz solar es una mezcla de radiación electromagnética compuesta por rayos UV cercanos, luz visible, y energía infrarroja o calor,” declaro Yueh-Lin Loo, directora del Andlinger Center for Energy and the Enviroment. “queríamos que la ventana inteligente controlara dinámicamente la cantidad de luz natural y calor que puede ingresar en los ambientes, ahorrando costos de energía eléctrica y haciendo los espacios más confortables”
“Esta nueva tecnología es de hecho un manejo más inteligente del espectro completo de luz solar”
El estudiante de doctorado Nicholas Davy sostiene una muestra del vidrio especial, que absorbe una porción del espectro solar para controlar las otras partes del mismo. Específicamente, utiliza los rayos UV cercanos para generar electricidad, la cual potencia una reacción química que oscurece o aclara el vidrio según sea necesario. Cuando se oscurece, las ventanas pueden bloquear más del 80 % de la luz visible. Foto por David Kelly Crow.
La ventana inteligente controla la transmisión de la luz visible y el calor infrarrojo dentro de la edificación, al tiempo que el nuevo tipo de celda solar utiliza el UV cercano para potenciar el sistema.
“Esta nueva tecnología es de hecho un manejo más inteligente del espectro completo de luz solar” Declaro Loo, quien es profesora de ingeniería química y biológica. Loo es una de los autores del artículo publicado que describe la tecnología utilizada, la cual fue desarrollada en su laboratorio.
Debido a que el UV cercano es invisible para el ojo humano, los investigadores se propusieron aprovecharlo para generar la energía eléctrica necesaria para activar la tecnología de tintado.
“Utilizar el UV cercano para potenciar estas ventanas significó que las celdas solares pudieran ser transparentes y ocupar la misma huella de la ventana sin competir por el mismo rango espectral o imponiendo restricciones estéticas o de diseño” añadió Loo. “Las celdas solares típicas están hechas de silicón y son negras porque están diseñadas para absorber la luz visible y parte del calor infrarrojo, lo que las hace inapropiadas para esta aplicación”
En el artículo publicado hoy en la revista Nature Energy, los investigadores describen como utilizaron semiconductores orgánicos – Derivados de hexabenzocoroneno contorsionados (HBCc) – para construir las celdas solares. Este material fue escogido por su estructura química puede ser modificada para absorber un rango estrecho de longitudes de onda, en este caso la luz del UV cercano. Para construir estas celdas solares, las moléculas del semiconductor se depositan sobre el vidrio a manera de finas películas con los mismos métodos de producción utilizados en la fabricación de los diodos orgánicos emisores de luz. Cuando la celda solar está operando, la luz solar excita los semiconductores HBCc y producen electricidad.
Al mismo tiempo, los investigadores construyeron una ventana inteligente que consistió en polímeros electrocrómicos que controlaban el tintado, y que podrían ser operados utilizando únicamente la electricidad generada por la celda. Cuando el UV cercano de la luz del sol genera la carga eléctrica en la celda solar, la carga dispara una reacción en la ventana electrocrómica, causando que cambie de transparente a azul oscura. Cuando esta oscurecida, la ventana puede bloquear más del 80 % de la luz visible.
Nicholas Davy, estudiante de doctorado en el departamento de ingeniería química y biológica de la universidad y el autor principal del artículo, dijo que otros investigadores ya habían desarrollado celdas solares transparentes, pero estas tenían como objetivo utilizar la energía del infrarrojo. Sin embargo, la energía del infrarrojo trae consigo calor, así que utilizarla para generar electricidad entraría en conflicto con la función de una ventana inteligente de controlar el flujo de calor que entra o sale de un edificio. Las celdas solares transparentes que utilizan el UV cercano, por otra parte, no generan tanta energía como la versión que usa el infrarrojo, pero no impiden la transmisión de la radiación infrarroja, por lo que complementan la función de la ventana inteligente.
Davy declaró que el equipo de Princeton tiene como objetivo crear una versión flexible del sistema de ventana inteligente potenciada por el sol que pueda ser aplicada a ventanas existentes mediante películas.
“Alguien en su casa o apartamento podrá utilizar estas películas inalámbricas de ventana inteligente – que podrían tener algún tipo capa de adhesivo para adherirse a la superficie – e instalarlas en el interior de sus ventanas.” Dijo Davy. “así podría controlar desde una app en su teléfono el paso de la luz del sol en su casa, de esta forma mejora de manera instantánea la eficiencia energética, el confort y la privacidad.”
Joseph Berry, investigador principal del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (National Renewable Energy Laboratory), que estudia celdas solares, dijo que el proyecto es interesante porque el dispositivo se escala bien y se dirige a una parte específica del espectro solar.
«La integración de las celdas solares en las ventanas inteligentes las hace más atractivas para adiciones sin tener que lidiar con el cableado eléctrico«, dijo Berry. «Y el rendimiento de voltaje es bastante bueno. El voltaje que han podido producir puede potenciar dispositivos electrónicos directamente, lo que es tecnológicamente muy interesante.»
«No genera suficiente energía para un alimentar la carga de un automóvil, pero puede proporcionar energía auxiliar para dispositivos más pequeños, por ejemplo, un ventilador que enfriará el automóvil que se encuentra parqueado bajo el sol«, dijo Loo.
Además de Loo y Davy, Melda Sezen-Edmonds, estudiante de postgrado en ingeniería química y biológica, es coautora responsable de la parte electrocrómica del artículo. Otros autores son Jia Gao, un investigador postdoctoral en el grupo de Loo, y que actualmente trabaja en Enablence Technologies en California; Xin Lin, estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica; Amy Liu, una licenciada en ciencias de la computación; Nan Yao, director del Centro de Imágenes y Análisis de Princeton; Y Antoine Kahn, profesor de ingeniería y ciencias aplicadas de Stephen C. Macaleer y vicedecano de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Princeton. El apoyo al proyecto fue proporcionado por la National Science Foundation, así como por el Fondo Familiar Wilke administrado por la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Princeton.
Artículo tomado de www.princeton.edu
