Polvo, arena y otras materias se acumulan en la superficie de los paneles solares. Los ensucian impidiendo que la energía del sol llegue a las células solares, lo que provoca grandes pérdidas en la eficiencia de los sistemas fotovoltaicos. Además, la limpieza es costosa y requiere mucho tiempo. En este contexto, se necesitan investigar superficies que minimicen este esfuerzo. Investigadores de Fraunhofer FEP que trabajan en el proyecto NewSkin, financiado por la Unión Europea, han encontrado una manera de abordar este problema mediante el desarrollo de superficies hidrofóbicas o repelentes al agua que se vuelven superhidrofílicas cuando se exponen a la luz ultravioleta.
A diferencia de las superficies hidrofóbicas, en las que el agua es repelida y se contrae para formar gotas, las superficies superhidrofílicas tienen una afinidad muy fuerte con el agua, que se esparce a través de ellas, maximizando el contacto con el material. Esto puede contribuir a que la eliminación de la suciedad de los paneles solares y de las fachadas de vidrio sea menos costosa al reducir los costes de mantenimiento y sea más eficiente en el tiempo, además de mejorar la generación de energía solar.
Los investigadores de Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam and Plasma Technology FEP (Fraunhofer FEP) de Alemania, socio del proyecto NewSkin, se está centrando en la hidrofilia fotoinducida en las superficies. Para mejorar este efecto, aplican óxido de titanio cristalino al vidrio ultrafino en un proceso de rollo a rollo por primera vez, un proceso muy eficiente. El vidrio ultrafino y ligero se puede aplicar posteriormente a las fachadas o incorporarse directamente en los módulos solares como material compuesto, e incluso en superficies curvas.
Cero o escasa suciedad en los paneles solares
Sin radiación ultravioleta, el dióxido de titanio (TiO2) es hidrófobo y forma gotas de agua. Sin embargo, después de irradiar una superficie recubierta de TiO2 con luz ultravioleta durante unos 30 minutos, los investigadores de Fraunhofer FEP han descubierto que la superficie cambiaba de hidrofóbica a superhidrofílica.
En superficies con un recubrimiento de dióxido de titanio de este tipo, este efecto significa que se puede depositar muy poca o ninguna suciedad. De esta forma, según explican los investigadores, el polvo del tráfico, la arena u otras materias de suciedad en los paneles solares o fachadas de vidrio se eliminaría por la hidrofobicidad nocturna de la superficie a través de las gotas de lluvia. Además, la alternancia cíclica de propiedades hidrofóbicas y superhidrofílicas hace que la suciedad no se adhiera a la superficie durante el día.
Desarrollo de los primeros recubrimientos
En la actualidad, los investigadores de Fraunhofer FEP han desarrollado los primeros recubrimientos. Han revestido un rollo de vidrio delgado (100 micrómetros de espesor) de 30 cm de ancho y 20 m de largo con 30 a 150 nanómetros de óxido de titanio en un sistema de rollo a rollo en una planta piloto de Fraunhofer FEP.
Un desafío es que el vidrio delgado es un sustrato con importantes requisitos de manipulación, ya que se rompe con mucha facilidad y reacciona sensiblemente a las tensiones térmicas y mecánicas. Además, el dióxido de titanio logra sus propiedades especiales de hidrofobicidad e hidrofilia solo cuando es cristalino, para lo que requiere altas temperaturas durante la producción. Los recubrimientos por pulverización catódica con estos requisitos no se podían implementar en la tecnología de rollo a rollo hasta ahora porque los sustratos comunes, como las películas, no podían soportar las altas temperaturas. En este punto, explican los investigadores, es donde el vidrio delgado ofrece una alternativa.
La investigación realizada en el marco del proyecto NewSkin (Ecosistema de innovación para acelerar la adopción industrial de nanotecnologías de superficie avanzadas) ha permitido a los científicos de Fraunhofer FEP trabajar en la combinación de TiO2 y las propiedades del vidrio delgado de manera óptima y rentable para ofrecer productos innovadores al mercado junto con la industria. Los investigadores del socio sueco del proyecto, la Universidad de Uppsala, también están trabajando para transferir los resultados a películas poliméricas.
Los investigadores de Fraunhofer FEP presentarán los resultados iniciales de estos recubrimientos junto con otros aspectos destacados en BAU 2023, feria comercial de Munich, en Alemania, del 17 al 23 de abril de 2023, en el stand conjunto de Fraunhofer No. C2-528.
En el futuro, los investigadores de Fraunhofer FEP también trabajarán en sistemas de capas que puedan activarse no solo con luz ultravioleta sino también con luz visible. Además, se está considerando la producción y la incrustación de nanopartículas o el dopaje con nitrógeno, por ejemplo.
NewSkin, ecosistema de innovación en Europa
El proyecto NewSkin ha recibido una financiación de 15 millones de euros del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea. La duración del proyecto abarca desde abril de 2020 hasta marzo de 2024. Coordinado por ECCS (Bélgica), en el consorcio participan 34 socios de 12 países: Alemania, Suecia, Irlanda, Israel, Bélgica, España, Italia, Austria, Francia, Rumanía, Polonia y Albania. Los socios españoles son la Asociación de Investigación Metalúrgica del Noroeste, la Fundación Tecnalia, la Fundación Tecnológica Advantx, el Instituto Tecnológico de Aragón, la Asociación de Acondicionamiento Tarrasense, Flubetech y Pinturas Hempel.
NewSkin Open Innovation Test Bed (OITB) ofrece instalaciones para la creación de prototipos, ampliación y pruebas a escala piloto y servicios de comercialización, para acelerar la comercialización de materiales y tecnología innovadores de nanosuperficies y membranas en toda Europa.
NewSkin es uno de varios OTIB financiados por la UE y ofrece a los laboratorios de investigación, las pymes y la industria acceso abierto a diez instalaciones de mejora de escala y nueve de prueba de última generación. Es un banco de pruebas de innovación abierta (OITB) financiado por Horizonte 2020 de la UE, que tiene como objetivo apoyar el desarrollo y la aceleración del mercado de nuevas superficies y funcionalización de membranas mediante nanotecnologías, generando una amplia gama de propiedades superficiales mejoradas para productos comerciales y personales en diferentes sectores, entre ellos el de las energías renovables.
Las superficies y membranas mejoradas resultantes a través de NewSkin OITB proporcionarán funcionalidades avanzadas, protección de materiales, tratamiento de agua, eficiencia en la producción de energía renovable, ahorro de combustible en el transporte, y más, impactando en la sociedad y en los sectores industriales clave, y ayudando a la transición verde de la UE.
Abierta la cuarta convocatoria del proyecto NewSkin
El acceso a las instalaciones del banco de pruebas de innovación abierta está disponible de forma gratuita a través de la apertura de cuatro convocatorias a lo largo del proyecto. La cuarta y última de ellas está actualmente abierta, hasta el 23 de junio de 2023, a los socios académicos que no pertenecen al consorcio, pymes, nuevas empresas e industria.
Se ofrecen hasta 60.000 euros en servicios de aceleración del mercado de membranas y superficies habilitadas con nanotecnología financiados en su totalidad por el proyecto NewSkin sin necesidad de una contribución financiera por parte de los interesados. Los materiales con los que se trabajan incluyen los de energías renovables, paneles fotovoltaicos, turbinas eólicas, componentes dinámicos, acero, metales, membranas de filtración, cerámica, compuestos, polímeros, bobinas, películas, láminas, envolturas, etc. Las industrias objetivo clave incluyen el sector de las energías renovables, además de la construcción, componentes industriales, tratamientos de agua, transporte, prótesis, óptica y electrónica, embalaje, alimentos y bebidas.
La próxima cita informativa del proyecto tendrá lugar los días 25 y 26 de abril, cuando se celebrarán los NewSkin Days 2023 en Burdeos (Francia), dirigidos a pymes, start-ups, laboratorios de investigación e industria.
Además, los socios de NewSkin han creado una herramienta online a través de una plataforma electrónica para reunir actores, conocimientos y experiencias, para amplificar los impactos de NewSkin a nivel regional, de la UE e internacional, y para respaldar la divulgación de todos los resultados y servicios del proyecto.