Textiles con capacidad para generar energía eléctrica a partir de la radiación solar

by AITEX
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sol-aitex50El Instituto Tecnológico Textil AITEX ha llevado a cabo un proceso de investigación con el fin de desarrollar un sistema textil capaz de generar energía eléctrica a partir de la radiación solar.

Mediante la presente investigación se ha obtenido el conocimiento necesario para desarrollar estructuras textiles, mediante, por un lado, procesos de tejeduría convencionales y por el otro a partir de la aplicación de acabados funcionales, todo ello con el fin de conseguir generar energía eléctrica a partir de la radiación solar que pueda incidir sobre éstas, es decir, obtener un textil con propiedades fotovoltaicas.

Mediante el desarrollo de este proyecto se ha pretendido sumar a las funcionalidades propias de los textiles destinados a estar instalados en exteriores, la de generar energía eléctrica, de una manera limpia, inagotable y respetuosa con el medio ambiente.

Necesidad

La elevada dependencia energética de España (principalmente de los hidrocarburos problemáticos, como son el petróleo y el gas), muy superior al resto de países desarrollados, junto a que las perspectivas para el futuro sugieren que el escenario energético se complicará más a medio y largo plazo, es de suma importancia que se tomen medidas al respecto que contrarresten esta problemática.

Por otro lado, es un hecho científico que el clima global está siendo alterado significativamente en el presente siglo, como resultado del aumento de concentraciones de gases invernadero.

Durante las próximas décadas, va a ser importante buscar otras fuentes no tradicionales para reemplazar al petróleo en particular e incorporarlas a la base energética de la economía de una forma económicamente racional y no traumática.

En el mix energético actual tienen un peso muy importante, por un lado, las energías no renovables, entre las que destaca el petróleo, – fuente altamente contaminante (y sometida a las fluctuaciones derivadas de áreas geográficas en conflicto)- y por otro la energía nuclear, – fuente muy peligrosa debido al riesgo de accidentes nucleares en términos de salud y coste medioambiental- ha de virar, en la medida de lo posible, hacia energías sostenibles, como la solar.

La radiación solar es la energía electromagnética que mana en los procesos de fusión del hidrógeno (en átomos de helio) contenido en el sol.

La energía solar que en un año llega a la tierra a través de la atmósfera es de tan sólo aproximadamente un tercio de la energía total interceptada por la tierra fuera de la atmósfera y, de ella, el 70% cae en los mares. Sin embargo, la energía que queda, de 1.5*1017 kWh, que en un año cae sobre la tierra firme, es igual a varios miles de veces el consumo total energético mundial actual.
Se trata sin duda de la fuente de energía que mayor potencial de utilización ofrece entre todas las fuentes de energía renovables. Entre las ventajas que presenta destaca el hecho de que no emiten gases de efecto invernadero, permiten reducir la dependencia energética del exterior, no generan residuos peligrosos y favorecen un modelo de producción eléctrica descentralizado e integrado en el territorio.

Efecto fotoeléctrico

La luz solar está compuesta por fotones, o partículas energéticas. Estos fotones son de diferentes energías, correspondientes a las diferentes longitudes de onda del espectro solar. Cuando los fotones inciden sobre una célula fotovoltaica, pueden ser reflejados o absorbidos, o pueden pasar a su través. Únicamente los fotones absorbidos generan electricidad. Cuando un fotón es absorbido, la energía del fotón se transfiere a un electrón de un átomo de la célula. Con esta nueva energía, el electrón es capaz de escapar de su posición normal asociada con un átomo para formar parte de una corriente en un circuito eléctrico.

Las partes más importantes de la célula solar son las capas de semiconductores, ya que es donde se crea la corriente de electrones. Estos semiconductores son especialmente tratados para formar dos capas diferentemente dopadas (tipo p y tipo n) para formar un campo eléctrico, positivo en una parte y negativo en la otra. Cuando la luz solar incide en la célula se liberan electrones que pueden ser atrapados por el campo eléctrico, formando una corriente eléctrica. Es por ello que estas células se fabrican a partir de este tipo de materiales, es decir, materiales que actúan como aislantes a bajas temperaturas y como conductores cuando se aumenta la energía. Desdichadamente no hay un tipo de material ideal para todos los tipos de células y aplicaciones. Además de los semiconductores las células solares están formadas por una malla metálica superior u otro tipo de contracto para recolectar los electrones del semiconductor y transferirlos a la carga externa y un contacto posterior para completar el circuito eléctrico. También en la parte superior de la célula hay un vidrio u otro tipo de material encapsulante transparente para sellarla y protegerla de las condiciones ambientales, y una capa antireflexiva para aumentar el número de fotones absorbidos.

Elementos textiles con propiedades fotoactivas

En la actualidad se fabrican diferentes tipos de dispositivos solares para diferentes aplicaciones:

• Silicio cristalino: mono y policristalino
• Película delgada (capa delgada)

Las diferentes tecnologías de capa delgada se realizan mediante la deposición de materiales fotosensibles sobre superficies soporte de bajo coste, como plásticos, vidrio o acero. Su mayor flexibilidad abre un importante campo de aplicación en la integración arquitectónica.

Todas ellas pueden ser integradas en tejidos textiles mediante procesos de laminación o cosidos. El secreto de la flexibilidad conseguida se debe a la combinación de los sustratos y las capas que integran el material para su elaboración, aun así dicha flexibilidad que presentan es limitada.

Los aspectos innovadores que ofrece la presente línea de investigación son notables y se desmarcan, por tanto, de las soluciones que se puedan encontrar actualmente en el mercado. Para ello, ha sido necesaria la obtención de diferentes tipos de tejidos con el fin de obtener una estructura con capacidad fotovoltaica:

• Tejido con alta conductividad eléctrica superficial: su función dentro de la unidad fotovoltaica ha sido la de electrodo.
• Tejido confeccionado con la fibra funcional con material fotoactivo.
• Tejido confeccionado con la fibra funcional con material conductor .

Como resultado del proyecto se ha obtenido el conocimiento para desarrollar un sistema con apariencia textil, flexible, adaptable a cualquier superficie, con buenas propiedades mecánicas y de durabilidad, con capacidad para generar energía eléctrica y cuya funcionalidad ha sido obtenida mediante procesos industriales textiles tradicionales y continuos.

Esta investigación se enmarca en el contexto del proyecto «Investigación de nuevos elementos fotoactivos textiles para el desarrollo de un tejido con capacidad para generar energía eléctrica a partir de la radiación solar», el cual cuenta con el apoyo de la Conselleria d’Economia, Industria, Turismo i Ocupació, a través del IVACE, y está cofinanciado por los fondos FEDER de la Unión Europea. Expedientes IMAMCA/2011/23, IMAMCI/2012/1 e IMAMCI/2013

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