Un equipo de investigadores chinos y suizos demostró que células solares submarinas basadas en perovskita pueden producir electricidad a unos 10 metros bajo el agua. Las pruebas se realizaron frente a las islas Weizhou, en el mar de China Meridional.
El estudio, publicado en la revista Joule, amplía considerablemente la profundidad alcanzada por este tipo de tecnología fotovoltaica. Hasta ahora, la investigación sobre generación solar sumergida se había concentrado principalmente en aguas de unos dos metros de profundidad o menos.
Durante las pruebas en condiciones reales, módulos instalados en robots submarinos generaron 324 milivatios-hora (mWh) durante dos horas a 10 metros de profundidad. Esa cantidad de energía permitió cargar baterías de iones de litio.
¿Cómo funcionan las células solares submarinas?
Uno de los principales obstáculos para producir electricidad fotovoltaica bajo el mar es la pérdida progresiva de radiación solar. El agua absorbe y dispersa la luz y además, filtra sus diferentes longitudes de onda a medida que aumenta la profundidad.
Por esta razón, una célula convencional diseñada para trabajar en superficie no necesariamente aprovecha de forma eficiente la radiación disponible varios metros bajo el agua.
Para enfrentar este problema, los investigadores desarrollaron un sistema de laboratorio con filtros ópticos capaces de reproducir las condiciones de iluminación existentes a diferentes profundidades.
A partir de esas pruebas, trabajaron con células solares de perovskita de banda prohibida amplia, diseñadas para aprovechar la franja de luz que permanece disponible bajo el agua. Las células pueden absorber radiación desde el azul hasta el naranja.
Así mismo, el equipo utilizó perovskita de haluro de plomo como material semiconductor para adaptar el funcionamiento del dispositivo a las condiciones submarinas.
Las células conservaron cerca del 96% de su eficiencia
La estabilidad fue otra parte central del estudio. Una fuente de alimentación instalada bajo el mar tendría poca utilidad práctica si requiere mantenimiento o sustitución frecuente.
En laboratorio, las células permanecieron almacenadas durante 300 días dentro de una cámara con atmósfera de nitrógeno. Al terminar ese periodo conservaron aproximadamente el 96% de su eficiencia inicial.
Además, los investigadores sometieron los dispositivos a 1.160 horas de condiciones de iluminación simuladas equivalentes a una profundidad de 10 metros. Las pruebas mostraron una degradación mínima.
Los resultados permitieron estimar que las células podrían mantener una operación continua durante alrededor de 5,5 años a 10 metros de profundidad, aunque su comportamiento durante despliegues reales prolongados deberá seguir evaluándose.
Robots llevaron los módulos solares al mar de China Meridional
Después de los ensayos de laboratorio, el equipo trasladó la tecnología a condiciones marinas reales. Los investigadores integraron módulos solares de perovskita en robots submarinos y los desplegaron frente a la isla Weizhou. Las pruebas incluyeron profundidades de 2, 6 y 10 metros.
A 10 metros, los módulos consiguieron producir los 324 mWh durante dos horas de operación. Para el equipo, el experimento mostró que la fotovoltaica submarina puede generar electricidad fuera de un entorno controlado.
Otro aspecto relevante fue el escalado. Los científicos pasaron de pequeñas células utilizadas en laboratorio a módulos de mayor superficie capaces de funcionar instalados en equipos submarinos.
Energía solar para sensores y comunicaciones submarinas
La generación local de electricidad podría resultar útil para dispositivos que permanecen durante largos periodos lejos de la costa.
Entre las posibles aplicaciones se encuentran sensores para monitorización marina, cámaras submarinas, equipos utilizados en acuicultura y sistemas de comunicación. También podría emplearse como fuente complementaria para determinados robots y equipos autónomos.
En estos escenarios, producir electricidad directamente bajo el agua podría disminuir la dependencia de baterías que necesitan sustitución periódica o de conexiones eléctricas procedentes de tierra.
Sin embargo, la profundidad continúa siendo una limitación. La radiación disponible disminuye a medida que aumenta la columna de agua y factores como la turbidez pueden modificar la cantidad y el espectro de luz que alcanza una célula solar.
Por ello, el equipo planea probar las células solares de perovskita a mayores profundidades para determinar su límite operativo. Los investigadores también buscan establecer protocolos estandarizados que permitan comparar el rendimiento de futuros sistemas fotovoltaicos submarinos.
Fuente: Eurekalert
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