Investigadores de Singapur desarrollaron un dispositivo que utiliza el contraste de la iluminación entre las zonas iluminadas y sombreadas para generar energía limpia. Este novedoso concepto podría alimentar a dispositivos portatiles tanto en el exterior como en el interior.
Las sombras a menudo se asocian con oscuridad e incertidumbre. Ahora, los investigadores de NUS están dando un giro positivo a las sombras al demostrar una forma de aprovechar este efecto óptico común pero a menudo pasado por alto para generar electricidad. Este ingenioso concepto abre nuevos enfoques para generar energía verde en condiciones de iluminación interior y exterior, ideal para cargar dispositivos electrónicos.
Un equipo de NUS Materials Science and Engineering, así como de NUS Physics, creó un dispositivo llamado generador de energía con efecto de sombra (SEG), que utiliza el contraste en la iluminación entre las áreas iluminadas y sombreadas para generar electricidad. Su avance en la investigación se informó en la revista científica Energy & Environmental Science el 15 de abril de 2020.
El líder del equipo de investigación, el profesor asistente Tan Swee Ching, que es de NUS Materials Science and Engineering, explicó: “Las sombras son omnipresentes, y a menudo las damos por sentado. En aplicaciones fotovoltaicas u optoelectrónicas convencionales donde se utiliza una fuente de luz constante para alimentar dispositivos, la presencia de sombras no es deseable, ya que degrada el rendimiento de los dispositivos. En este trabajo, capitalizamos el contraste de iluminación causado por las sombras como fuente indirecta de energía”.
“El contraste en la iluminación induce una diferencia de voltaje entre la sombra y las secciones iluminadas, lo que resulta en una corriente eléctrica. Este novedoso concepto de recolección de energía en presencia de sombras no tiene precedentes”, siguió explicando Tan Swee Ching
Los dispositivos móviles como los teléfonos inteligentes, anteojos inteligentes y relojes electrónicos requieren una fuente de alimentación eficiente y continua. Como estos dispositivos podrían usarse tanto en el interior como en exteriores, las fuentes de energía portátiles que podrían aprovechar la luz ambiental pueden mejorar potencialmente la versatilidad de estos dispositivos.
Si bien las celdas solares disponibles en el mercado pueden desempeñar este papel en un entorno exterior, su eficiencia de recolección de energía disminuye significativamente en condiciones de interior donde las sombras son persistentes. Mientras que este nuevo enfoque, recoge la energía tanto de la iluminación como de las sombras asociadas a las bajas intensidades de luz para maximizar la eficiencia de la recolección de energía.
Para abordar este desafío tecnológico, el equipo de NUS desarrolló un SEG (shadow-effect energy generator) de bajo costo y fácil de fabricar para realizar dos funciones:
- Convertir el contraste de iluminación de las sombras parciales en electricidad
- Para servir como un sensor de proximidad auto-alimentado para monitorear los objetos que pasan.
Generando electricidad usando el ‘efecto de sombra’
El SEG comprende un conjunto de celdas SEG dispuestas en una película de plástico flexible y transparente. Cada celda SEG es una película delgada de oro depositada en una oblea de silicio. Cuidadosamente diseñado, el SEG puede fabricarse a un costo menor en comparación con las células solares de silicio comerciales. Luego, el equipo realizó experimentos para probar el rendimiento del SEG en la generación de electricidad con un sensor autoalimentado.
“Cuando toda la celda SEG está iluminada o en la sombra, la cantidad de electricidad generada es muy baja o nula. Cuando una parte de la celda SEG se ilumina, se detecta una salida eléctrica significativa”, dijo el co-líder del equipo profesor Andrew Wee, que es de NUS Física.
“También descubrimos que el área de superficie óptima para la generación de electricidad es cuando la mitad de la celda SEG está iluminada y la otra mitad en la sombra, ya que esto proporciona suficiente área para la generación y recolección de carga respectivamente”, siguió comentando Andrew Wee.
Basado en experimentos de laboratorio, el SEG de cuatro celdas del equipo es dos veces más eficiente en comparación con las celdas solares de silicio comerciales, bajo el efecto de sombras cambiantes. La energía cosechada del SEG en presencia de sombras creadas en condiciones de iluminación interior es suficiente para alimentar un reloj digital (es decir, 1,2 V).
Además, el equipo también demostró que el SEG puede servir como un sensor autoalimentado para monitorear objetos en movimiento. Cuando un objeto pasa por el SEG, proyecta una sombra intermitente en el dispositivo y activa el sensor para registrar la presencia y el movimiento del objeto.
Hacia un menor costo y más funcionalidades
El equipo de seis miembros tardó cuatro meses en conceptualizar, desarrollar y perfeccionar el rendimiento del dispositivo. En la siguiente fase de investigación, el equipo de NUS experimentará con otros materiales, además del oro, para reducir el costo de la SEG.
Los investigadores de NUS también están estudiando el desarrollo de sensores autoalimentados con funcionalidades versátiles, así como SEG portátiles que se pueden conectar a la ropa para cosechar energía durante las actividades diarias normales. Otra área prometedora de investigación es el desarrollo de paneles SEG de bajo costo para la recolección eficiente de energía de la iluminación interior.
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