¿Qué es una persiana 'invisible' y cómo funciona?
Podría definirse como un sistema que bloquea los rayos de luz directa del sol, como una persiana, pero permitiendo el paso de la luz difusa (el 'cielo azul'), por lo que el usuario del edificio percibe y se beneficia de una entrada de luz diáfana, pero sin el deslumbramiento que produciría los rayos de luz directa.
En el caso de nuestro módulo, esto se logra mediante un sistema de doble acristalamiento que incorpora un sistema novedoso de micro-ópticas de concentración. La matriz de micro-lentes, que recubre el interior del vidrio exterior, concentra la luz solar directa (la que proviene del disco solar y provoca deslumbramiento) sobre un conjunto de finas células solares integradas en el panel interior. Estas células capturan esa luz, impidiendo su paso al interior del edificio, y la convierten en electricidad con alta eficiencia. Gracias a este mecanismo, el módulo es capaz de eliminar hasta un 80% de la luz incidente en la ventana, manteniendo al mismo tiempo la transmisión de luz difusa al interior del edificio.
¿Qué beneficios ofrece la persiana desarrollada por el Instituto de Energía Solar de la UPM?
En el campo de la integración arquitectónica de generación de energía renovable, uno de los principales desafíos sigue siendo convertir en superficies activas para la generación eléctrica aquellos elementos acristalados que permiten la entrada de luz natural al interior del edificio, como son las ventanas o los lucernarios. La posibilidad de que un módulo sea semitransparente o translúcido y permita el paso de luz entra en conflicto directo con su eficiencia energética: cuanta más luz se deja pasar, menos puede aprovecharse para generar electricidad, y viceversa.
"El sistema bloquea los rayos de luz directa del sol, como una persiana, pero permite el paso de la luz difusa, por lo que el usuario percibe y se beneficia de una entrada de luz diáfana, pero sin el deslumbramiento"
Actualmente, los módulos fotovoltaicos acristalados disponibles en el mercado suelen utilizar células solares opacas espaciadas entre sí, lo que permite el paso de luz natural entre ellas, pero ofrecen una eficiencia mucho menor a la de un módulo convencional debido a esta baja densidad de semiconductor.
Por otro lado, cuando el sol directo ilumina el edificio, el patrón de sombras y luces que se proyecta en el interior genera deslumbramientos molestos para los usuarios.
Nuestro módulo aborda estas limitaciones, dado que casi toda la luz directa se conduce hacia las células solares, y se transmite únicamente la luz diáfana del resto de la bóveda celeste. Esta solución permite sustituir aperturas de luz convencionales en las que no se requiera visibilidad directa, o bien complementar su disposición con ventanas transparentes en fachadas totalmente acristaladas, como las de muchos edificios de oficinas.
"La conversión de la luz solar en electricidad se logra mediante el uso de células fotovoltaicas de silicio, como las que se utilizan en los paneles solares convencionales"
¿Cómo convierte la persiana los rayos del sol en electricidad?
La conversión de la luz solar en electricidad se logra mediante el uso de células fotovoltaicas de silicio, como las que se utilizan en los paneles solares convencionales. No obstante, también se podrían emplear otras tecnologías fotovoltaicas de menor coste o mayor eficiencia.
A fin de llevar únicamente la luz directa hasta las células solares, el sistema incorpora una matriz de micro-lentes que concentran los rayos solares sobre un conjunto de tiras de células fotovoltaicas muy delgadas poco visibles para los usuarios del edificio. Estas micro-lentes utilizan un diseño novedoso basado en el concepto de lente de Fresnel (por ejemplo, son las utilizadas en los faros o las lámparas de los móviles), para el que se ha solicitado una patente de invención.
¿Qué tipo de iluminación se consigue? ¿Y deslumbramiento?
En realidad, este módulo 'persiana' ofrece dos modos distintos de iluminación, permitiendo una gestión activa de la cantidad de luz directa según las preferencias del usuario o las condiciones ambientales.
Por un lado, en el modo “persiana” o de baja transmisión, las células solares bloquean la luz solar directa, pero permiten el paso de la luz difusa. Esto genera una iluminación natural, suave y homogénea en el interior, sin provocar deslumbramiento, ideal para crear un ambiente confortable.
"Nuestro sistema genera una iluminación natural, suave y homogénea en el interior, sin provocar deslumbramiento, ideal para crear un ambiente confortable"
Por otro lado, existe un segundo modo 'tragaluz': si se requiere una mayor entrada de luz solar directa, ya sea para aumentar la iluminación o la carga térmica (por ejemplo, en invierno), es posible desactivar la protección solar, desplazando las células fuera del foco de las lentes. De este modo, tanto la luz directa como la difusa atraviesan la ventana, proporcionando una iluminación más intensa y similar a la de una ventana convencional. En este caso, el deslumbramiento se mantiene en niveles comparables a los de una ventana normal, pero con una luz algo más suavizada.
¿Qué impacto tiene la persiana en la necesidad de luz artificial en los edificios?
Una situación común en muchos edificios es que, durante el amanecer o el atardecer, la luz solar entra de forma directa e incómoda en una habitación. La solución habitual es bajar las persianas, lo que bloquea completamente la entrada de luz natural y obliga a encender puntos de luz artificial, incluso de día.
Esta persiana busca precisamente evitar ese problema. Gracias a su diseño con células solares, puede bloquear selectivamente la luz solar directa (que causa deslumbramiento) mientras que permite el paso de la luz difusa, más suave y homogénea. Como resultado, se mantiene una iluminación natural en el interior, reduciendo el consumo de iluminación artificial.
"Esta persiana inteligente contribuye a la reducción de la huella de carbono del edificio"
¿Cómo ayuda la persiana a reducir la huella de carbono del edificio?
Esta persiana inteligente contribuye a la reducción de la huella de carbono del edificio de varias formas complementarias:
Generación local de energía renovable: Funciona como un módulo fotovoltaico, generando electricidad a partir de la luz solar, con nulas emisiones in situ, y con muy baja huella de carbono asociada al ciclo de vida. Esta energía puede ser utilizada directamente por el propio edificio, disminuyendo la dependencia de fuentes externas y reduciendo las emisiones asociadas al consumo energético.
Reducción de luz artificial: Al ser translúcido, permite el paso de luz difusa, lo que reduce la necesidad de iluminación artificial durante el día. Esto se traduce en un menor consumo energético.
Optimización de la carga térmica y mejora del balance energético del edificio: al absorber casi toda la luz directa en las células solares en el modo “persiana”, se reduce la carga térmica del edificio. Esto reduce la necesidad de refrigeración en los días cálidos. En los días más fríos es posible transitar de forma automática al modo “tragaluz”, aumentando la carga térmica y reduciendo la necesidad de calefacción. Ambos mecanismos se traducen en una menor demanda de energía y, por tanto, menores emisiones de CO₂.