Un equipo de investigadores de Harvard diseñó un innovador recolector solar capaz de adaptar su funcionamiento a las necesidades estacionales, resolviendo uno de los grandes desafíos de la energía renovable: proveer el tipo de energía adecuado en el momento preciso.
Este avance permite generar electricidad en los meses cálidos y, durante el invierno, suministrar calor directo a los ambientes, todo mediante un mecanismo pasivo que no requiere sensores, motores ni circuitos electrónicos.
Un cambio radical frente a la tecnología solar tradicional
Las tecnologías solares convencionales han sido criticadas por su “rigidez”. Los paneles fotovoltaicos (PV) producen electricidad independientemente de la demanda térmica o de refrigeración de los edificios. Por su parte, los colectores solares térmicos continúan generando calor incluso durante olas de calor, desperdiciando energía en los momentos menos oportunos.
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El nuevo dispositivo de Harvard rompe este esquema. Raphael Kay, autor principal del estudio, explicó en un comunicado que la capacidad de conmutar entre modos está calibrada para responder a las necesidades de los edificios según la temperatura ambiente. El resultado es un recolector solar “dual” que suministra electricidad destinada a la climatización en verano y calor directo en invierno.
El secreto: un sencillo cambio de fase
El corazón de esta tecnología es una estructura de materiales simples: una lente de Fresnel, una cavidad sellada con agua y una célula fotovoltaica. El innovador mecanismo utiliza el cambio de fase del agua —su paso de vapor a líquido y viceversa— como interruptor óptico.
Cuando las temperaturas son elevadas, el agua dentro de la cavidad permanece en estado de vapor. Esto genera un fuerte contraste de índice de refracción que permite a la lente enfocar la luz solar directamente sobre la célula fotovoltaica, maximizando la generación eléctrica.
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En cambio, cuando el entorno se enfría y el agua alcanza el punto de rocío, se condensa. Esa condensación reduce el contraste óptico y debilita la capacidad de enfoque de la lente. Así, la luz solar ya no incide sobre la celda solar, sino que atraviesa el conjunto e ingresa al edificio como fuente de calor.
Un funcionamiento automático y eficiente
Las pruebas de laboratorio, realizadas con simulaciones de climas semejantes al de Boston, demostraron que el dispositivo puede “autocorregir” su funcionamiento en función de la temperatura. Por encima de los 15°C, el sistema prioriza la producción de electricidad. Por debajo de ese umbral, se activa el modo calefacción.
La eficiencia alcanzada en el modo calefacción es notable: el sistema convierte cerca del 90% de la luz solar incidente en calor para el interior, una cifra que quintuplica el rendimiento de un panel fotovoltaico tradicional combinado con un calefactor eléctrico.
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Joanna Aizenberg, profesora de ciencia de materiales en Harvard, destacó que el componente podría integrarse en lucernarios, fachadas o ventanas, adaptando su función automáticamente según la estación. La capacidad de priorizar la producción eléctrica durante periodos de alto calor resulta especialmente relevante ante el aumento de la demanda de refrigeración en un planeta cada vez más cálido.
Próximos pasos
El principal reto actual radica en el ángulo solar. Los prototipos están fijos, por lo que solo alcanzan su máximo rendimiento cuando el sol se encuentra en una posición óptima. Fuera de esas horas, el dispositivo opera en modo calefacción por defecto.
El equipo de Harvard trabaja en nuevas estrategias para ampliar las horas de funcionamiento eficiente y facilitar la integración del sistema en invernaderos, vehículos y hasta en el acristalamiento de edificios.
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Este desarrollo abre la puerta a una nueva generación de dispositivos solares inteligentes, capaces de maximizar el aprovechamiento energético y adaptarse a las necesidades cambiantes de los usuarios y del clima.