Ventanas solares: Película transparente para las ciudades inteligentes de próxima generación

Investigadores de la Universidad de Nankín han presentado un nuevo método para abastecer de energía a las ciudades sostenibles del futuro. Su película fotovoltaica transparente puede aplicarse directamente a las ventanas durante o después de la fabricación y transformar el vidrio pasivo en una fuente eficiente de electricidad.

Paneles solares tradicionales y sus limitaciones

Combatir la contaminación causada por la expansión urbana y la industria exigirá combinar varias estrategias. Una de las más habituales es el uso de paneles solares.

Las células fotovoltaicas convierten la luz solar en electricidad. Las tecnologías más comunes incluyen silicio amorfo, fotovoltaica orgánica, arseniuro de galio, células sensibilizadas por colorante y perovskitas.

Problemas de las células fotovoltaicas

La energía fotovoltaica puede aliviar algunos problemas energéticos y ambientales, pero tiene limitaciones. Los paneles son frágiles y una pequeña grieta puede inutilizarlos. Además, son costosos de fabricar y deben instalarse en lugares con luz solar directa.

Fuente – Pixabay

Esto plantea un dilema a muchos propietarios: seguir pagando facturas eléctricas elevadas o sacrificar la estética instalando numerosos paneles en el tejado o en espacios cercanos.

Concentradores solares

Para reducir el impacto visual de los paneles, los ingenieros han desarrollado concentradores: recubrimientos con nanoestructuras que dirigen la luz hacia los bordes del vidrio, donde la captan células fotovoltaicas integradas.

Las nanoestructuras guían las ondas luminosas sin provocar demasiada refracción visible. Así pueden fabricarse paneles de diferentes formas que se adaptan a las necesidades del usuario y conservan la estética del edificio.

Problemas de los concentradores

Hasta ahora, los concentradores solares han afrontado importantes dificultades técnicas. Las células fotovoltaicas deben colocarse alrededor de los bordes del vidrio arquitectónico, lo que aumenta el coste y la complejidad de fabricación.

También es difícil ampliar la producción. El proceso complejo y la necesidad de instalar el sistema en las primeras fases de fabricación elevan el coste y reducen su eficiencia y versatilidad.

Tanto los concentradores luminiscentes como los de dispersión presentan menor eficiencia que los paneles tradicionales, entre otras razones por las pérdidas asociadas a la guía de ondas omnidireccional.

Cuando la luz incide en un ángulo superior al ángulo crítico de reflexión interna, no alcanza las células fotovoltaicas. Algunas bandas fluorescentes tampoco se reflejan bien o generan neblina en el vidrio, lo que impide su uso arquitectónico.

Estudio de la película fotovoltaica transparente

The study Colorless and unidirectional diffractive-type solar concentrators compatible with existing windows¹ presenta un diseño optimizado que combina una nueva película con un concentrador para aumentar la eficiencia.

El recubrimiento puede aplicarse como película a cualquier ventana y convertirla en un generador de energía limpia. No reduce la transparencia ni la claridad del vidrio, por lo que resulta ideal para futuros edificios.

Captación eficiente de energía solar

Para captar la energía con eficiencia, el equipo creó concentradores transparentes e incoloros que aprovechan la luz unidireccional y funcionan con ángulos de refracción muy amplios. La solución se integra sin alterar la estética.

Fuente – Photonix

Cristal líquido colestérico (CLC)

El sistema utiliza una película de cristal líquido colestérico (CLC), un cristal fotónico quiral unidimensional que selecciona la luz polarizada circularmente. Después, la luz se refracta a través de varias capas con periodicidades laterales submicrométricas.

El material emplea fotoalineación y polimerización, mientras que planos de Bragg inclinados dirigen la luz. La película mide solo 7,5 μm de grosor y puede aplicarse a cualquier superficie de vidrio.

Concentrador solar difractivo

Al aplicarse a la ventana, el concentrador desvía la luz solar polarizada hacia los bordes, donde la recogen las células. Ofrece difracción selectiva de banda ancha y guía de ondas sin reducir la transparencia.

Su integración en el vidrio arquitectónico reduce en un 75% el número de células fotovoltaicas necesarias. Cada capa CLC utiliza un paso helicoidal diferente, lo que amplía las bandas de luz captadas.

Vidrio arquitectónico

El vidrio arquitectónico es el que se utiliza en edificios, desde rascacielos hasta viviendas. Sus principales características son la transparencia y la facilidad de instalación.

Prueba del prototipo y resultados

Durante las pruebas, el equipo construyó un prototipo de una pulgada (2,54 cm) de diámetro con una película fotónica quiral unidimensional y lo conectó a un pequeño ventilador de 10 mW.

La prueba se realizó una tarde soleada de junio y midió parámetros como la eficiencia óptica y la conversión de energía. El dispositivo alimentó el ventilador sin incidentes.

Los ensayos también demostraron que la inclinación de los planos de Bragg permite controlar hacia qué borde se refracta la luz. Al dirigir más luz a las células, los ingenieros lograron una transmitancia visible media del 64,2%.

Los cambios de opacidad, medidos mediante el índice de reproducción cromática, dieron un valor de 91,3, señal de que se conservó la mayor parte de la transparencia. La estrategia permite recoger en los bordes hasta el 38,1% de la energía de la luz verde incidente.

Beneficios de la película fotovoltaica transparente

Deslice para desplazarse →

El estudio ofrece numerosos beneficios. Existe una fuerte demanda de energía sostenible y esta estrategia constituye un primer paso hacia una integración fluida a gran escala. Desde viviendas hasta rascacielos, abre nuevas posibilidades para captar energía solar y generar electricidad limpia.

Transparente

Una de sus principales ventajas es la captación solar invisible. Arquitectos y diseñadores podrán crear edificios sostenibles sin sacrificar la apariencia por culpa de los paneles tradicionales.

Beneficios económicos

Además del ahorro energético, existen importantes ventajas económicas. En el pasado, los concentradores integrados en ventanas eran caros y lentos de fabricar.

La nueva solución reduce considerablemente los costes y permite instalarlos después de la fabricación. Por tanto, es práctica, económica y compatible con las exigencias estéticas.

La película transparente aumenta la eficiencia

La mejora de eficiencia es significativa. A diferencia de sus predecesoras, estas células captan luz incolora y unidireccional en un amplio ángulo. Las capas CLC apiladas combinan pasos helicoidales optimizados y alineaciones laterales submicrométricas para dirigir la energía sin piezas móviles.

Escalabilidad

La escalabilidad puede acelerar la llegada al mercado. Hasta ahora los concentradores eran demasiado complejos y costosos; el nuevo enfoque permite integrar la tecnología en estructuras de gran tamaño.

Aplicaciones y cronograma de la película fotovoltaica transparente

La película fotovoltaica transparente tiene numerosas aplicaciones, empezando por las ciudades inteligentes del futuro. Para alcanzar las emisiones netas cero harán falta prácticas sostenibles, y esta solución combina funcionalidad y estética.

Modernización urbana sostenible

La película CLC también puede instalarse en ventanas existentes, lo que permite renovaciones masivas para reducir el consumo energético. Permanece estable a largo plazo y se adapta a vidrios de casi cualquier tamaño o forma.

Agricultura urbana

En el futuro, los invernaderos podrían producir por sí mismos la energía necesaria para cultivar. Esto permitiría producir alimentos casi en cualquier lugar y contribuiría a afrontar el hambre y la sostenibilidad a escala mundial.

Cronograma de comercialización

La película podría llegar al mercado en cinco a siete años. La demanda es elevada y el equipo ha demostrado que puede fabricarse a escala; ahora buscará socios industriales para reducir los costes e impulsar su adopción.

Equipo de investigación y financiación

El estudio fue realizado por la Universidad de Nankín junto con el National Laboratory of Solid State Microstructures, el Key Laboratory of Intelligent Optical Sensing and Manipulation y el College of Engineering and Applied Sciences. Los autores son Dewei Zhang, Zhenghao Guo, Chun-Ting Xu, Jianqing Li, Yan-Qing Lu y Wei Hu.

El trabajo recibió financiación, entre otros, del National Key Research and Development Program of China, la National Natural Science Foundation of China y la Natural Science Foundation of Jiangsu Province.

Futuro de la película fotovoltaica transparente

El futuro de la película parece prometedor. Los científicos trabajarán para aumentar la eficiencia de banda ancha y mejorar el control de la polarización. Durante la próxima década pretenden utilizarla para alimentar invernaderos de nueva generación y otras instalaciones.

Invertir en la fabricación de paneles solares

Varios fabricantes operan en el sector solar e invierten constantemente en investigación y desarrollo para ofrecer soluciones más eficientes y accesibles. La siguiente empresa es conocida por innovar y promover opciones energéticas sostenibles.

NextEra Energy

NextEra Energy (NEE ) se fundó en 1925 con el nombre Florida Power & Light Company (FPL) para suministrar energía a Florida. Gestionaba centrales eléctricas, plantas de tratamiento de agua y redes de almacenamiento de gas que sostenían la actividad del estado.

En 1997 la empresa adoptó el nombre FPL Energy para expandirse más allá de Florida y en 2009 pasó a llamarse NextEra Energy, reflejando su nuevo enfoque en la energía sostenible.

Actualmente es el mayor productor estadounidense de energía eólica y solar y sigue siendo una fuerza pionera. Quienes busquen una acción consolidada vinculada al sector solar pueden investigar más a fondo NextEra Energy.

Últimas noticias y rendimiento de las acciones de NextEra Energy (NEE)

Película fotovoltaica transparente | Conclusión

Es fácil comprender por qué esta película podría transformar la construcción de grandes áreas urbanas. La energía solar es una de las mejores formas de complementar la demanda energética, y el nuevo método mejora los intentos anteriores de integrarla en edificios de uso cotidiano. El equipo merece reconocimiento por este enfoque innovador.

Conozca otros proyectos de sostenibilidad Here.

Referencias:

^{1. Zhang, D., Guo, Z., Xu, C., Li, J., Lu, Y., & Hu, W. (2025). Colorless and unidirectional diffractive-type solar concentrators compatible with existing windows. PhotoniX, 6(1), 1-12. https://doi.org/10.1186/s43074-025-00178-3}