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¿Qué es un concentrador solar luminiscente?

Un concentrador solar luminiscente (LSC) es un dispositivo capaz de absorber y concentrar la luz solar para la producción de energía eléctrica. Los concentradores solares luminiscentes captan la radiación solar en un área grande. Posteriormente, convierten esta radiación en luminiscencia y la dirigen a un objetivo más pequeño donde hay un receptor fotovoltaico.

¿Qué es un concentrador solar luminiscente?

Las siglas LSC provienen del inglés Luminiscent Solar Concentrator.

Los paneles LSC son más baratos que los paneles fotovoltaicos clásicos. De hecho, están fabricados con placas de plástico o vidrio sobre las que se depositan las moléculas luminiscentes.

La tecnología de esta forma de energía renovable se conoce desde la década de 1960, pero se ha ido abandonando progresivamente debido a la baja eficiencia y las dificultades para producir tintes adecuados.

¿Cómo funciona un concentrador solar luminiscente?

Los concentradores solares luminiscentes LSC son placas fotográficas activas transparentes capaces de absorber la luz de un amplio espectro de radiación solar.

Estos elementos utilizan tintes luminiscentes especiales capaces de capturar la luz y emitirla dentro de la placa. A continuación, la radiación se transporta hacia los bordes, mediante sucesivas reflexiones dentro de la placa. En los bordes de los paneles hay células fotovoltaicas que convierten la luz solar en electricidad.

El sistema de concentración tiene muchas ventajas. Se reduce el sobrecalentamiento de las células de silicio, que a menudo provoca una reducción de la eficiencia y una pérdida de energía en forma de calor.

Además, al atravesar los paneles solares, la radiación incidente se convierte en longitudes de onda que maximizan la eficiencia de las células.

Ventajas de los concentradores solares luminiscentes (LSC)

Entre las ventajas de los concentradores solares luminiscentes destacan:

  • Eficiencia mayor: Hacen posible cambiar la región de radiación de onda corta del espectro solar a un rango de longitud de onda más larga. Dentro de este rango la eficiencia de conversión de las células solares es mayor.

  • Aprovechamiento de la radiación solar difusa. Lograr una alta concentración óptica de luz solar en dispositivos estacionarios debido a la capacidad de capturar no solo luz directa, sino también difusa.

  • Evita que las células solares se sobrecalienten.

  • El uso del LSC en combinación con un sistema solar fotovoltaico para la producción de energía eléctrica aumentará la eficiencia global.

  • El uso de células fotovoltaicas de área pequeña permite la utilización de células solares más eficientes y caras. Las células solares son las que convierten en electricidad la energía lumínica.

Desventajas de los concentradores solares luminiscentes (LSC)

Este tipo de concentradores solares presenta algunos inconvenientes:

El "cono de pérdida" ejerce una influencia bastante grande en la eficiencia de la estructura a través del cual una parte de la luz reemitida abandona el volumen de la guía de ondas y ya no puede usarse para la conversión en energía eléctrica.

Para reducir las pérdidas dentro de la guía de ondas, es necesario disminuir el ángulo crítico aumentando su índice de refracción. Sin embargo, en este caso, la pérdida debida al reflejo de la luz solar aumenta debido a un aumento del ángulo crítico externo. La solución a este problema es posible aplicando un revestimiento con un índice de refracción intermedio a la interfaz aire-guía de ondas, como resultado de lo cual disminuirán las pérdidas debidas a la reflexión y la salida de radiación de la guía de ondas.

La pérdida como resultado de la reabsorción de la luz reemitida por un fósforo está indisolublemente ligada al "cono de pérdida". Durante el movimiento de la radiación a lo largo de la guía de ondas hacia los extremos, puede ser reabsorbida y reemitida. Dado que la luminiscencia es cuasi-isotrópica, parte de la radiación se pierde nuevamente a través del "cono de pérdida". Esto se debe a la superposición de las regiones de excitación y luminiscencia; por lo tanto, es necesario seleccionar un fósforo con el mayor desplazamiento de Stokes posible.

Uso y aplicaciones de dispositivos solares LSC

Las estructuras de energía solar que constan de LSC y sistemas fotovoltaicos pueden integrarse en la infraestructura urbana mediante el uso de superficies artificiales existentes. Estas estructuras pueden ser, por ejemplo, estructuras translúcidas de edificios, como ventanas, vidrieras, cornisas.

La introducción de estos sistemas en dispositivos electrónicos móviles y tejidos (por ejemplo, mochilas) es prometedora. El costo de una estructura que consta de un concentrador solar luminiscente, en combinación con una celda solar, será menor que el costo de una celda solar pura de una eficiencia similar. Esto se debe al hecho de que en el primer caso, el área del panel fotovoltaico será menor.

¿Qué materiales se utilizan para la construcción de un concentrador solar luminiscente?

Los plásticos, el vidrio o los disolventes orgánicos situados entre las láminas de plástico o vidrio pueden utilizarse como material de la matriz LSC. Los materiales poliméricos son los más adecuados para estos fines debido a sus propiedades ópticas y operativas, así como a su capacidad de fabricación. Para estos fines, se utilizan con mayor frecuencia polimetil metacrilato y poliestireno.

Los tintes orgánicos, compuestos con iones de metales raros y puntos cuánticos, de los cuales los primeros son los más utilizados debido a su alto rendimiento cuántico, facilidad de uso y bajo costo, pueden actuar como material luminiscente.

Su concentración para una operación efectiva no excede el 1% de la masa, lo que tiene un efecto positivo en el costo de la estructura. 

Conclusiones

La energía solar moderna tiene un número suficiente de problemas sin resolver, tales como:

  • El alto costo de las células solares

  • La baja eficiencia de conversión de las células solares, que no se puede aumentar con los métodos tradicionales sin costos significativos,

  • La discrepancia entre la sensibilidad espectral de los convertidores fotovoltaicos con el espectro de la luz solar y el volumen de los más eficientes.

Cada uno de estos problemas se puede resolver por separado mejorando las tecnologías existentes. Este enfoque requiere mucho tiempo y costos de materiales, lo que dificulta el desarrollo de la energía solar ante la reducción de las reservas de combustibles fósiles tradicionales. Por tanto, un concentrador solar luminiscente puede ser una buena solución a tener en cuenta.

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Fecha publicación: 16 de marzo de 2021
Última revisión: 16 de marzo de 2021