Estos paneles solares fueron diseñados para vivir bajo el agua y ya generaron electricidad a 10 metros de profundidad

A primera vista, poner un panel solar bajo el mar parece una mala idea. Cuanto más se sumerge, menos luz recibe y más difícil resulta convertirla en electricidad. A varios metros de profundidad, el problema es todavía mayor: el agua ya ha absorbido buena parte de la luz que aprovechan las celdas solares convencionales.

Pero un grupo de investigadores decidió probar algo diferente. En lugar de utilizar la tecnología habitual, desarrollaron paneles con un material distinto, pensado para soportar las condiciones que existen bajo el agua. Después los llevaron al mar para comprobar si realmente podían funcionar en un entorno donde la luz y las condiciones cambian por completo.

La prueba puso a estos paneles frente a uno de sus mayores desafíos: permanecer sumergidos y seguir generando energía. Y los resultados terminaron siendo suficientes para que los investigadores plantearan una posible nueva aplicación de la energía solar.

Investigadores chinos encontraron la forma de generar energía solar bajo el agua

Un equipo liderado por el investigador Wen-Hua Zhang, de la Universidad de Yunnan y la Southwest United Graduate School, en China, encontró una forma de llevar la energía solar a un entorno donde los paneles convencionales tienen dificultades para funcionar. El grupo desarrolló celdas solares pensadas específicamente para aprovechar la luz disponible bajo el agua y después las puso a prueba en condiciones reales.

El primer obstáculo estaba en la propia luz. Al sumergirse, la luz solar pierde intensidad y cambia su composición, porque el agua absorbe con mayor facilidad las longitudes de onda más largas, especialmente las de la luz roja e infrarroja.

Según el estudio publicado en la revista científica Joule, las longitudes de onda superiores a 730 nanómetros son absorbidas por completo por el agua. Entre los 5 y 10 metros de profundidad, en cambio, la luz disponible es principalmente azul y verde, con longitudes de onda de aproximadamente 400 a 600 nanómetros.

Esto dejaba en desventaja a las celdas solares de silicio utilizadas habitualmente en tierra, diseñadas para aprovechar un rango de luz que ya no está disponible de la misma manera bajo el agua. La solución de los investigadores fue cambiar el material y desarrollar una celda capaz de aprovechar mejor ese espectro subacuático.

La clave está en una celda solar hecha con perovskita

La respuesta de los investigadores estuvo en las celdas solares de perovskita de haluro de plomo, un material cuya estructura puede ajustarse para responder mejor a distintas partes del espectro de luz. En este caso, el equipo trabajó con una banda prohibida de aproximadamente 1,96 electronvoltios (eV), adecuada para la luz que permanece disponible a varios metros bajo el agua.

Pero la perovskita no fue el único elemento que modificaron. Los investigadores añadieron hidrocloruro de polihexametileno guanidina (PHMG), un polímero que ayudó a regular los niveles de energía del material y a reducir procesos que pueden afectar su estabilidad. De esta manera, la celda podía mantener un mejor funcionamiento incluso en las condiciones específicas de una instalación subacuática.

Antes de llevar los módulos al mar, el equipo reprodujo en el laboratorio la iluminación que recibirían a distintas profundidades mediante filtros ópticos. Bajo la simulación correspondiente a 10 metros, las celdas alcanzaron una eficiencia de conversión de potencia de 34,71 %. Además, durante 1.160 horas de seguimiento continuo del punto de máxima potencia no mostraron una degradación significativa.

Sin embargo, generar electricidad bajo una lámpara era solo una parte del desafío. Los paneles también tenían que resistir el agua de mar y la presión hidrostática que aumenta con la profundidad. Para solucionarlo, los investigadores desarrollaron una encapsulación multicapa que protegió las celdas frente a la corrosión y la presión.

En las pruebas de inmersión simulada, los dispositivos conservaron 99,58 % de su eficiencia inicial después de 1.000 horas de funcionamiento bajo una iluminación equivalente a la de 10 metros de profundidad. Además, las mediciones realizadas durante las pruebas detectaron una concentración de plomo inferior a 1,15 partes por mil millones en el agua, un dato utilizado por el equipo para evaluar la contención del material.

Los investigadores llevaron los paneles de perovskita al mar para ponerlos a prueba

Después de comprobar que las celdas de perovskita podían funcionar bajo una iluminación que imitaba las condiciones subacuáticas, los investigadores dieron el siguiente paso: sacarlas del laboratorio. Para ello, construyeron módulos solares de mayor superficie y los llevaron hasta aguas cercanas a la isla Weizhou, en el Mar de China Meridional.

Los módulos fueron sumergidos a 2, 6 y 10 metros de profundidad para medir cuánta energía podían generar en condiciones reales. La profundidad sí hizo una diferencia: mientras más abajo estaban, menor era la cantidad de luz disponible y, por tanto, también la energía producida. Aun así, los módulos continuaron funcionando.

En una prueba de dos horas, los paneles entregaron 1.416 miliwatt-hora (mWh) a 2 metros, 752 mWh a 6 metros y 324 mWh a 10 metros. Incluso en esta última profundidad, donde la luz había sido considerablemente atenuada, la electricidad generada fue suficiente para cargar baterías de iones de litio.

Posteriormente, los investigadores utilizaron las baterías cargadas a 10 metros para alimentar un panel LED bajo el agua. El dispositivo consiguió encenderse, demostrando que la energía obtenida por los módulos podía almacenarse y utilizarse posteriormente para alimentar otros equipos.

El resultado no significa que estos paneles puedan instalarse sin más en cualquier parte del océano. El propio estudio advierte que factores como la transparencia del agua, las condiciones meteorológicas, las olas y la turbulencia submarina pueden modificar su rendimiento.

El siguiente reto es conseguir que funcionen durante años en el mar

La prueba demuestra que estos módulos pueden generar electricidad bajo el agua, pero todavía queda una pregunta por resolver: cuánto tiempo pueden hacerlo en condiciones reales del mar. El estudio plantea posibles usos en sensores, cámaras y sistemas de comunicación, además de otros equipos que necesitan electricidad mientras permanecen sumergidos.

El problema es que el rendimiento de los paneles no depende únicamente de la tecnología. Los investigadores señalan que factores como la transparencia del agua, el clima, las olas y la turbulencia submarina pueden cambiar de forma considerable la cantidad de luz que reciben y, con ello, la energía que producen.

El equipo también realizó pruebas de envejecimiento acelerado para estimar cuánto podría mantenerse el rendimiento de las celdas. A partir de estos resultados, calculó un T80 de 48.094 horas, equivalente a unos 5,49 años, a 25 °C y bajo condiciones de iluminación subacuática simuladas a 10 metros de profundidad. Esta cifra es una proyección obtenida mediante pruebas de laboratorio, no una demostración de que los paneles puedan permanecer funcionando durante ese tiempo en el mar.

Por ahora, el experimento muestra que la energía solar no tiene por qué quedarse en tierra. La propuesta tampoco consiste simplemente en sumergir los paneles que ya utilizamos, sino en diseñar celdas capaces de aprovechar el espectro de luz que permanece bajo el agua y protegerlas de un entorno mucho más exigente.

Imagen | Magnific / Pexels

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