Crean un vidrio ultrafino que hace que los paneles solares se limpien solos

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Fuente: https://elperiodicodelaenergia.com

Las superficies que repelen la suciedad y fáciles de limpiar garantizan una producción de energía más eficiente y consistente para la energía solar, con menos costos de mantenimiento

La limpieza de las instalaciones solares es costosa y requiere mucho tiempo. La suciedad reduce el rendimiento de los paneles solares. Todo esto ya son razones suficientes para investigar en superficies que minimicen este esfuerzo.

El Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam and Plasma Technology (FEP) ha logrado ahora, dentro del proyecto NewSkin financiado por la Unión Europea, aplicar óxido de titanio cristalino a un vidrio ultrafino mediante un proceso de rollo a rollo, logrando así superficies hidrofóbicas que se vuelven superhidrofílicas bajo la luz ultravioleta. 

De esta manera, prácticamente no hace falta limpiar los paneles solares tanto y los costes de mantenimientos serán más bajos.

En 2021, la energía fotovoltaica cubrió el 8,9 por ciento del consumo bruto de electricidad en Alemania con una generación de electricidad de 50 TWh. Por supuesto, esto debería y debe incrementarse en aras de una transición energética sostenible. Las superficies que repelen la suciedad y fáciles de limpiar garantizan una producción de energía más eficiente y consistente para la energía solar, con menos costos de mantenimiento.

“Nos estamos centrando en la hidrofilicidad fotoinducida en las superficies”, explica el estudiante graduado Valentin Heiser de Fraunhofer FEP. 

“Para mejorar este efecto, aplicamos óxido de titanio cristalino al vidrio ultrafino en un proceso de rollo a rollo por primera vez. Esto es muy eficiente. El vidrio ultrafino y ligero se puede aplicar posteriormente a las fachadas o incorporarse directamente en los módulos solares como un material compuesto, e incluso en superficies curvas”.

El dióxido de titanio cambia su hidrofilia, su repelencia al agua, cuando se expone a la radiación UV (es decir, la activación por la luz solar, por ejemplo). No irradiado, es hidrofóbico, forma gotas de agua. Después de la irradiación, es superhidrofílico, completamente humectante. Es ahí donde se consigue limpiar el panel prácticamente solo.

En el caso de hidrofilicidad fotoinducida, la superficie cambia de hidrofóbica a superhidrofílica después de aprox. 30 minutos de irradiación con luz ultravioleta similar al sol.

Después

Rechaza la suciedad

En superficies con un recubrimiento de dióxido de titanio de este tipo, este efecto significa que se puede depositar muy poca o ninguna suciedad. Si, por ejemplo, el polvo del tráfico, la arena u otros depósitos de suciedad en las fachadas de vidrio o los paneles solares, se eliminan por la hidrofobicidad nocturna de la superficie a través de las gotas de lluvia. Además, la alternancia cíclica de propiedades hidrofóbicas y superhidrofílicas hace que la suciedad no se adhiera a la superficie durante el día.

El óxido de titanio activado con luz ultravioleta también descompone las moléculas orgánicas en la superficie mediante fotocatálisis. Esto produce superficies antibacterianas y estériles que son de particular interés en tecnología médica o en conexión con pantallas flexibles.

Los investigadores de Fraunhofer FEP ahora han desarrollado los primeros recubrimientos: Específicamente, un rollo de vidrio delgado de 30 cm de ancho y 20 m de largo, con un espesor de vidrio de 100 micrómetros, fue recubierto con 30 –150 nanómetros de óxido de titanio, en un rollo. Esta planta piloto para el recubrimiento rollo a rollo de vidrio delgado (FOSA LabX 330 Glass de VON ARDENNE) está ubicada en Fraunhofer FEP.

Un desafío para este proyecto de exhibición es que el vidrio delgado es un sustrato muy nuevo con importantes requisitos de manipulación, ya que se rompe con mucha facilidad y reacciona sensiblemente a las tensiones térmicas y mecánicas.

Crean humedad

En segundo lugar, el dióxido de titanio logra sus propiedades especiales de hidrofobicidad e hidrofilia solo cuando es cristalino. Para ello, requiere altas temperaturas durante la producción. Los recubrimientos por pulverización catódica con estos requisitos no se podían implementar en la tecnología de rollo a rollo hasta ahora porque los sustratos comunes, como las películas, no podían soportar las altas temperaturas. Aquí es donde el vidrio delgado ofrece una alternativa.

Gracias a este trabajo a través de NewSkin, los científicos de Fraunhofer FEP ahora están trabajando para combinar las propiedades del dióxido de titanio y el vidrio delgado de una manera óptima y rentable para llevar productos innovadores al mercado junto con la industria.

Los primeros recubrimientos exitosos sobre vidrio ultrafino allanaron el camino para esto. Investigadores de la Universidad de Uppsala, socia de Newskin, están trabajando para transferir los resultados incluso a películas de polímero.

En el futuro, Fraunhofer FEP también trabajará en sistemas de capas que puedan activarse no solo con luz UV sino también con luz visible. También se está considerando la producción y la incrustación de nanopartículas o el dopaje con nitrógeno, por ejemplo.   

Los investigadores de Fraunhofer FEP presentarán los resultados iniciales de estos recubrimientos junto con otros aspectos destacados en BAU 2023, en Munich, Alemania, del 17 al 22 de abril de 2023, en el stand conjunto de Fraunhofer No. C2-528.

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