Las revolucionarias 'placas solares' que generan electricidad a partir de las gotas de lluvia

Las renovables están cambiando por completo el panorama energético, tanto en España como en el resto del mundo, y las últimas innovaciones no hacen más que confirmar la tendencia, ofreciendo mayor versatilidad y potencia. Buena parte de la investigación científica se está centrando en la mejora de los paneles fotovoltaicos, con proyectos que van desde la reducción de su peso para poder instalarlos más fácilmente en cualquier tejado hasta la creación de nuevos materiales capaces de duplicar su eficiencia. 

Los avances en torno a la fotovoltaica también pueden servir para mejorar otros sistemas de captación de energías renovables, como demuestra un reciente estudio de la Universidad Tsinghua de Shenzhen, en China. El artículo, publicado en la revista iEnergy, propone el aprovechamiento de las gotas de lluvia para generar hasta 200 W de energía por metro cuadrado en paneles que se conectan en paralelo, imitando a las placas de generación de energía solar que ya conocemos.

Detrás de este avance están los nanogeneradores triboeléctricos (conocidos como TENG), que existen desde hace años y aprovechan la electricidad estática creada a partir de la fricción de dos materiales que se rozan. Sus aplicaciones prácticas para la captación de energía a partir del movimiento o de las vibraciones ya se estudian en la ropa o las pantallas táctiles, pero también existe una versión que se beneficia del contacto entre un sólido y un líquido, como sucede cuando una gota de lluvia impacta en una superficie. Sin embargo, esta tecnología todavía tiene dificultades para su desarrollo y producción a gran escala, justo lo que los científicos chinos están tratando de resolver.

Cómo funciona

Esta versión a pequeña escala de la energía hidroeléctrica aprovecha la energía cinética del agua en vez del movimiento para producir electricidad. Puede ser una fuente de energía limpia y renovable, con especial potencial en zonas de frecuentes precipitaciones, pero sus limitaciones están lastrando su despliegue como una alternativa realmente viable a la eólica o la fotovoltaica.

Cuando una gota de lluvia cae sobre esta versión de los nanogeneradores triboeléctricos (D-TENG) se carga positivamente, mientras la superficie del panel (conocida como superficie FEP) lo hace negativamente. Cada gota de manera individual produce una carga muy pequeña, pero según pasa el tiempo y caen más gotas, las cargas se acumulan. Finalmente, la tasa de disipación se equilibra con la carga generada, lo que permite una generación de energía continua y con una potencia considerable.

Esquema de los paneles D-TENG Tsinghua University Press Omicrono

El principal impedimento para que prospere esta tecnología tiene que ver con que, al conectar más de un panel de este tipo, la producción total de energía se reduce drásticamente. "Aunque los D-TENG tienen una potencia de salida instantánea muy alta, sigue siendo difícil que uno solo suministre continuamente energía a equipos eléctricos a nivel de megavatios. Por lo tanto, es muy importante lograr la utilización simultánea de varios D-TENG", sostiene Zong Li, profesor de la Escuela Internacional de Posgrado de la Universidad Tsinghua de Shenzhen. en un comunicado de prensa.

Para resolver este desafío, Li y su equipo han tomado como referencia las matrices de paneles solares para el modelado de los paneles D-TENG. Así, al conectar varias de estas unidades de generación de electricidad en paralelo, como se hace con las placas solares, se pretende evitar el acoplamiento involuntario que reduce la potencia final obtenida.

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La solución propuesta por los científicos chinos se basa en un esquema especial de puente con unidades individuales para cada electrodo, para que los paneles sean independientes entre sí. Así, las pruebas realizadas en laboratorio lograron una potencia máxima de salida casi 5 veces superior a la obtenida con otros nanogeneradores triboeléctricos del mismo tamaño, llegando hasta los 200 W por metro cuadrado. "Los resultados de este estudio proporcionarán un esquema viable para la captación a gran escala de energía de gotas de lluvia", sostiene Li.

Energía a partir de nieve

Si la lluvia puede ser un impedimento para la generación de energía solar, la nieve es un enemigo aún peor, ya que puede tapar por completo las placas fotovoltaicas y reducir a cero su producción. Por eso, un equipo de investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) desarrolló en 2019 un dispositivo capaz de producir electricidad a partir de los propios copos helados que también se basa en nanogeneradores triboeléctricos.

El prototipo de Snow TENG en la suela de una bota de montaña Abdelsalam Ahmed Omicrono

El llamado Snow TENG, que se puede imprimir en 3D, se fabrica a partir de una capa de silicona unida a un electrodo. Es tan ligero y su funcionamiento tan sencillo, que incluso podría integrarse en paneles solares ya instalados, para que sigan generando electricidad aunque estén cubiertos de nieve.

Lo que todavía están estudiando los responsables de Snow TENG es cómo aumentar la cantidad de electricidad que puede producir, ya que su densidad de potencia es de 0,2 mW por metro cuadrado. Eso impide su uso para conectarlo a la red eléctrica como si fuera una placa solar, pero sí podría alimentar pequeños sensores, luces LED o dispositivos de bajo consumo. 

En su investigación, los científicos de UCLA demostraron el potencial del dispositivo como estación meteorológica capaz de medir distintos parámetros, como el índice de nieve y su dirección, la velocidad del viento o la profundidad de la acumulación de nieve. Su pequeño tamaño y su flexibilidad permite también, según los autores, utilizarlo como wearable o situarlo en la suela de las botas para recoger datos mientras se practican deportes de invierno como el montañismo, el snowboard o el esquí.

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