“Todo es bueno y bello en relación con aquello para lo que es útil”, afirmó Sócrates en su idea de la relación entre belleza y funcionalidad. Y si hay una disciplina en la que se produzca la intersección de ambos elementos es en la arquitectura. Tras milenios diseñando soluciones de eficiencia energética para mantener el frío o el calor a través del uso de materiales o estructuras como las fachadas ventiladas, hoy comienza a perfilarse un nuevo factor: la integración de energía renovable, ya sea eólica o solar, en viviendas y otros edificios como parte de su dimensión funcional.
Hace poco hablamos de la energía eólica para edificios con la primera certificación comercial de aerogeneradores domésticos. Estos dispositivos se unen a las innovaciones en el campo de los aerogeneradores sin palas. A su vez, la energía fotovoltaica no se está quedando atrás. Hace tiempo que forma parte de los paisajes arquitectónicos, pero ahora está evolucionando en lo tocante a su integración en los edificios, algo que se conoce como módulos BIPV por sus siglas en inglés (Building-Integrated Photovoltaics). El último ejemplo es la nueva tecnología desarrollada por el Instituto Fraunhofer que se inspira en la refracción de la luz en las alas de las mariposas para dar una nota de color a los paneles fotovoltaicos.
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El sistema que ha presentado el centro de investigación alemán imita la física de las alas de la mariposa tropical morpho, cuyo característico azul eléctrico no se debe a un color real, sino a una estructura microscópica que refracta la luz. La fina lámina que han desarrollado parte de ese tipo de estructuras para generar un fenómeno que se conoce como interferencia destructiva: se cancelan los reflejos de luz no deseados que normalmente desperdiciarían energía. De esta manera, los rayos atraviesan el material de forma directa hasta alcanzar las células solares.
Para lograr el efecto, los investigadores procesan las láminas mediante corte por láser o sistemas guiados por ordenador (CAD). Los cortes de alta precisión crean patrones tridimensionales y texturas visuales complejas sin interferir apenas en el funcionamiento del panel. Además, la flexibilidad del sistema permite superponer capas para añadir diferentes texturas, degradados o incluso logotipos corporativos y letras.
Este avance abre las puertas a la instalación de energía solar en lugares donde antes era impensable por restricciones estéticas o patrimoniales.
Según el doctor Martin Heinrich, responsable de integración fotovoltaica en el Fraunhofer ISE, este avance abre las puertas a la instalación de energía solar en lugares donde antes era impensable por restricciones estéticas o patrimoniales, tales como fachadas de diseño, barandillas residenciales y tejados de edificios históricos. De este modo, además de una contribución energética, la energía solar también tendrá una dimensión estética.
Una de las líneas de investigación de la energía solar en arquitectura más prometedoras es, sin duda, el vidrio fotovoltaico. Las ventanas suponen gran parte de la fachada de un edificio, cuando no la práctica totalidad en el caso de los rascacielos y edificios de oficinas. Combinar transparencia y eficiencia en la producción de energía solar sería, por tanto, una solución ganadora. Aquí existen diversos enfoques, desde los TLSC a las perovskitas.
En un primer momento, el vidrio fotovoltaico dependía de módulos de silicio amorfo añadidos sobre el cristal que reducían la visibilidad con tonos anaranjados. Sin embargo, las innovaciones actuales se orientan hacia células solares integradas, como los concentradores solares transparentes luminiscentes (TLSC) o los “puntos cuánticos”, que desvían la radiación invisible hacia los bordes del marco para generar electricidad, e incluso el uso de perovskita para maximizar la eficiencia sin obstruir el paso de la luz. Además, la nueva generación de este tipo de ventanas ofrece funcionalidades inteligentes, tales como la capacidad de oscurecerse autónomamente.
Desde que Elon Musk anunciara su solución de integración fotovoltaica allá por el año 2016, se han producido numerosos avances en el terreno de las tejas solares. Aquí cada enfoque tiene sus ventajas e inconvenientes. Por regla general, cuanto mayor es la flexibilidad del panel solar, menor es su eficiencia. En la actualidad destacan las tejas de silicio monocristalino, con una eficiencia de hasta el 22 %, que se usan en formatos completamente planos como la imitación de pizarra y las de película delgada o CIGS, con menor eficiencia (hasta el 15 %), pero una gran flexibilidad que permite adaptarlas a la silueta curva de la teja tradicional.
Los últimos diseños incorporan canales de aireación inferiores que permiten circular el aire por debajo de las tejas, logrando enfriar el sistema y proteger su eficiencia energética.
Sin embargo, el gran reto de ambas tecnologías al integrarse en la arquitectura sigue siendo la gestión del calor. Al ir pegadas directamente al tejado y carecer de la ventilación trasera que tiene un panel convencional, el silicio se calienta más y pierde rendimiento de forma natural. Para solucionarlo, los últimos diseños incorporan canales de ventilación inferiores que facilitan la circulación del aire por debajo de las tejas, de tal manera que se logra enfriar el sistema y proteger su eficiencia energética, mientras que se complementan o incluso se sustituyen materiales de construcción convencionales.
¿Y si los paneles solares pudieran aplicarse in situ como si fueran papel de pared? Una innovadora película orgánica fotovoltaica de un milímetro de grosor, desarrollada por una firma alemana, permite transformar las fachadas de hormigón, acero o cristal en generadores de energía limpia. Al ser un 95 % más ligera que las placas convencionales, se integra sin añadir peso estructural y aprovecha la gran superficie vertical de los edificios. De esta forma se logra producir el doble de electricidad que un tejado solar convencional. De hecho, cubrir el 60 % de un bloque de diez plantas bastaría para abastecer el 30 % de su demanda eléctrica.
Su fabricación destaca por la sostenibilidad, ya que se produce en rollos a baja temperatura, evita el uso de metales pesados y requiere apenas un gramo de compuesto por metro cuadrado. Tras superar con éxito diversas fases de pruebas piloto en ciudades como Lyon o Singapur, esta tecnología flexible se erige en una alternativa para impulsar la autosuficiencia energética en entornos arquitectónicos diversos.
Si, además de los avances en BIPV, quieres descubrir nuevas soluciones tecnológicas en el campo de los sistemas fotovoltaicos más allá de los edificios, te recomendamos este artículo sobre los “nenúfares solares”, una iniciativa que introduce la energía solar flotante en pantanos y otras superficies acuáticas.
Fuentes:
David es periodista especializado en innovación. Desde sus primeros tiempos como analista de telefonía móvil hasta su faceta de Country Manager de Terraview, una startup de IA aplicada a viticultura, ha estado apegado a la innovación y las nuevas tecnologías.
Es colaborador de El Confidencial y en medios culturales como Frontera D y El Estado Mental, siempre desde la convicción de que lo humano y lo tecnológico pueden (y deben) ir de la mano.