Tomando como inspiración las hojas de la flor de loto, la tesis de una física de la Universidad Pública de Navarra (UPNA) desarrolla unas estructuras nanométricas para la superficie del vidrio de los módulos fotovoltaicos que aumenta la eficiencia en la producción de electricidad y reduce los costes de mantenimiento.
La función del vidrio en los módulos fotovoltaicos es proteger los componentes internos del panel fotovoltaico al proporcionar una barrera protectora contra los fenómenos meteorológicos, garantizando su durabilidad y vida útil. El vidrio actúa también de soporte al aportar rigidez y estabilidad estructural al módulo. Además, proporciona una alta transparencia, lo que permite que llegue la máxima cantidad de luz solar a las células solares.
Sin embargo, el vidrio también presenta una serie de desafíos: la reflexión de la luz no aprovechada, que la industria trata de corregir añadiendo capas antirreflectantes; la acumulación de suciedad en su superficie, que puede bloquear la entrada de luz a las células solares y requerir procesos de limpieza; y la resistencia a la abrasión y al calor. El nuevo diseño de vidrio se caracteriza por no reflejar la luz, no ensuciarse y, si lo hace, limpiarse solo con gotas de agua y, además, enfriarse en los días más soleados. Todo esto garantizando una gran vida útil, ya que posee una resistencia mejorada a la abrasión.
Para su desarrollo, se han empleado estructuras jerárquicas compuestas por microcilindros y cubiertas por nanoconos aleatorios, un modelo muy parecido al de las hojas de loto. De este modo, se consigue minimizar la reflexión, disminuir la adherencia del polvo y la temperatura de operación, y mejorar su capacidad de autolimpieza. Además, al no añadir ningún recubrimiento externo, la resistencia a la abrasión supera a las soluciones comerciales.
Reducción de la luz reflejada, resistencia a la abrasión y facilidad de limpieza
La luz reflejada en los módulos fotovoltaicos se produce debido a un cambio brusco en el índice de refracción al pasar de 1 (aire) a 1,5 (vidrio). Los nanoconos fabricados en el vidrio eliminan este repentino cambio, pues generan una transición gradual del índice de refracción desde el aire hasta el vidrio y minimizan así la luz reflejada.
Otra de sus ventajas es que se ensucia mucho menos. Estas nanoestructuras aumentan la distancia entre la base de la superficie del vidrio y la de polvo, disminuyendo las fuerzas de adherencia. De este modo, mediante tres métodos de medición, se ha comprobado una disminución del ritmo de ensuciamiento de los módulos fotovoltaicos de aproximadamente un 50%, lo que mantiene los módulos más limpios durante un mayor periodo de tiempo.
Además, cuando una gota de agua cae en el vidrio, esta se esparce recogiendo toda la suciedad que pueda haber y, con una ligera inclinación, la gota resbala y se lleva consigo toda la suciedad, limpiando así el módulo.
Respecto a la resistencia a la abrasión, las estructuras nanométricas directamente grabadas en el vidrio aseguran una gran durabilidad y evitan problemas de desprendimiento. Las pruebas de abrasión muestran que estas estructuras presentan solo un ligero deterioro del 1% después de 500 ciclos de abrasión con arena, en comparación con entre un 2,5% y un 3% en otros recubrimientos comerciales.
Por último, el efecto invernadero que produce el vidrio se ha logrado eliminar con los microcilindros. De esta manera, todo el calor que generan las células solares es absorbido por el vidrio y este, a su vez, lo emite en todas las direcciones, refrigerándose y, por ende, enfriando las células solares. Así, se ha conseguido disminuir la temperatura hasta en 2,5 ºC en días soleados, lo que aumenta la producción del módulo fotovoltaico.