05.05.2025
¿Imaginas contar con una persiana “invisible” que bloquee los rayos del sol convirtiéndolos en electricidad, y que a la vez te permita seguir contemplando el azul del cielo? Es lo que ha desarrollado un equipo de investigadores del Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). El módulo, en proceso de ser patentado, permite proteger a los usuarios de los edificios de la luz directa y reducir a la vez su necesidad de luz artificial, a la vez que se genera electricidad solar para autoconsumo.
“Los módulos fotovoltaicos semitransparentes convencionales (BIPV, del inglés building-integrated photovoltaics) utilizan células espaciadas para convertir una parte de la radiación solar en electricidad y transmitir el resto hacia el interior del edificio, lo que produce deslumbramientos molestos a los usuarios. Nuestro diseño, por el contrario, utiliza un sistema basado en micro-ópticas para convertir toda la luz directa en electricidad, a la vez que se transmite la radiación difusa proveniente del cielo azul como iluminación natural diáfana para el edificio”, explica Almudena García Sánchez, investigadora de la UPM. “Ofrece una iluminación confortable y sin deslumbramiento, ya que la luz transmitida tiene las características cromáticas de la luz solar (similar al cielo azul del exterior), pero con una probabilidad muy baja de deslumbramiento por no transmitir los rayos de luz directa, lo que significa que mejora el bienestar de los usuarios en comparación con los módulos BIPV semitransparentes convencionales que producen patrones de luz y sombra de alto contraste”.
De este modo, mediante el uso de este dispositivo, los usuarios de los edificios pueden bloquear la radiación solar directa cuando es molesta, pero manteniendo una cierta iluminación natural que permita reducir las necesidades de iluminación artificial, a la vez que se produce generación de electricidad renovable sin emisiones de carbono, lo que mejora el balance energético y la huella de carbono del edificio.
Los rayos de luz solar directa que transmiten los módulos convencionales de integración arquitectónica semi-transparentes pueden producir deslumbramiento (izquierda). Sin embargo, el módulo desarrollado desvía los rayos de sol hacia tiras de células solares que la convierten en electricidad y transmite únicamente la luz difusa de la bóveda celeste (derecha).
Para ello, el módulo integra un novedoso diseño de óptica de micro-concentración asimétrica que separa las componentes directa y difusa de la radiación solar. La componente directa se concentra sobre un conjunto de delgadas tiras de células solares que la convierten en electricidad con alta eficiencia. Las células están dispuestas sobre una placa transparente móvil que permite transmitir la radiación difusa hacia el interior y que se desplaza mediante un sistema de seguimiento solar integrado para asegurar que las células captan la luz directa a medida que cambia la posición del sol a lo largo del día.
Esa alta eficiencia y su buen funcionamiento incluso cuando el sol está muy inclinado respecto de la ventana es una de las principales ventajas del nuevo dispositivo ideado por los investigadores de la UPM: «La eficiencia óptica es superior al 70 % en una amplia gama de ángulos de incidencia, lo que garantiza una alta eficiencia eléctrica y densidad de potencia durante todo el día en todas las estaciones».
El nuevo sistema permite integrarse en los edificios tanto en disposición vertical como horizontal, lo que posibilita utilizar esta persiana inteligente tanto en ventanas como lucernarios. «El módulo está diseñado para utilizarse como elemento translúcido de la envolvente del edificio», explicaron los académicos. «Puede integrarse en elementos de tejado o de fachada donde no se requiera visión directa del exterior», explica César Domínguez, investigador principal del proyecto y profesor de la UPM, “como por ejemplo en las secciones superior e inferior de un sistema de muro cortina, manteniendo la sección central para una ventana transparente convencional”.
Gestión activa de la iluminación: modo persiana y modo tragaluz
“Nuestro sistema ofrece la capacidad de gestionar activamente la cantidad de luz directa transmitida según las preferencias del usuario o las necesidades ambientales, algo imposible con los módulos semitransparentes convencionales”, añade García Sánchez. “Gracias al sistema de seguimiento integrado, la posición de la placa trasera puede ajustarse para evitar que las células solares absorban la luz directa (modo persiana) y se transmita así hacia el interior del edificio si las condiciones de operación lo requieren (modo tragaluz). Esto permite modular no solo la iluminación, sino la carga térmica.”
El módulo desarrollado permite conmutar entre el modo persiana (izquierda) y el modo tragaluz (derecha) en función de las necesidades de los usuarios o de las condiciones ambientales. Créditos de la imagen: Emma Fajardo, Trabajo Fin de Grado, UPM, 2025
El dispositivo creado por los investigadores responde a muchos de los problemas que presentan los módulos fotovoltaicos semitransparentes convencionales, como son la falta de gestión activa de la luz transmitida; la alta probabilidad de deslumbramiento de los usuarios; la necesidad de dispositivos adicionales de protección solar como persianas, o la baja densidad de potencia si se transmite mucha luz natural. “Esta y otras características novedosas de nuestro sistema resolverían algunos de los desafíos técnicos del vidrio solar convencional o los módulos fotovoltaicos semitransparentes para integración arquitectónica, obstáculos para una penetración rápida de los sistemas BIPV en el sector de la construcción”, concluye García Sánchez.
El diseño del sistema acaba de publicarse en la revista “Solar Energy Materials and Solar Cells” en acceso abierto. “Acabamos de conseguir una prueba de concepto a escala de laboratorio en colaboración con IMDEA Nanociencia y estamos trabajando para desarrollar un demostrador en exterior”, aclara César Domínguez, “con el fin último de encontrar socios industriales interesados en convertir la tecnología en un producto comercial con un impacto potencial relevante en la descabornización de las ciudades”.
El trabajo de los investigadores es resultado de los proyectos de I+D+i MICROBEAM (ref. PID2021-127810OB-I00), financiado por MCIN/ AEI/10.13039/501100011033 / FEDER Una manera de hacer Europa, y SMARTWIN (ref. TED2021-130920B-C21), financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033 y “European Union NextGenerationEU/PRTR”.