Ventanas inteligentes personalizables
Una nueva ventana inteligente personalizable aprovecha y manipula la energía solar para ahorrar energía y reducir costes.
Las ventanas juegan múltiples papeles cruciales en nuestros hogares. Iluminan, aíslan y ventilan nuestros espacios mientras que proporcionan vistas de – y protección de – el exterior. Las ventanas inteligentes, o ventanas que utilizan tecnología de células solares para convertir la luz solar en electricidad, presentan la oportunidad adicional de aprovecharlas como fuentes de energía.
Se trata de decidir cuanta luminosidad debe pasar por una ventana o maximizar la recolección de energía a lo largo de las cambiantes estaciones.
Científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE), de la Universidad Northwestern, de la Universidad de Chicago y de la Universidad de Wisconsin-Milwaukee combinaron recientemente la tecnología de las células solares con un novedoso enfoque de optimización para desarrollar un prototipo de ventana inteligente que maximiza el diseño en una amplia gama de criterios.
El algoritmo de optimización utiliza modelos físicos completos y técnicas computacionales avanzadas para maximizar el uso general de la energía y, al mismo tiempo, equilibrar las demandas de temperatura de los edificios y los requisitos de iluminación en todos los lugares y a lo largo de las diversas y cambiantes estaciones.
«Este marco de diseño es personalizable y puede aplicarse a prácticamente cualquier edificio en todo el mundo», dijo Junhong Chen, científico de Argonne y profesor de ingeniería molecular en la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago. «Ya sea que quieras maximizar la cantidad de luz solar en una habitación o minimizar los esfuerzos de calefacción o refrigeración, este poderoso algoritmo de optimización produce diseños de ventanas que se alinean con las necesidades y preferencias del usuario».
Los científicos demostraron un enfoque integral del diseño de las ventanas para maximizar la eficiencia energética global de los edificios, teniendo en cuenta las preferencias de iluminación y temperatura.
«Podemos regular la luz del sol en una habitación para asegurar la luminosidad deseada mientras se gestiona la cantidad de energía que el edificio utiliza para la calefacción y la refrigeración», dijo Wei Chen, profesor de Diseño de Ingeniería en Northwestern Engineering, cuyo grupo de investigación dirigió el desarrollo del enfoque de optimización. «Además, la luz del sol que no pasa es capturada por la célula solar en la ventana inteligente y convertida en electricidad».
El método, llamado optimización multicriterio, ajusta el grosor de las capas de células solares en el diseño de la ventana para satisfacer las necesidades del usuario. Por ejemplo, para reducir la energía necesaria para enfriar un edificio en verano, el diseño óptimo de la ventana podría reducir al mínimo la cantidad y el tipo de luz que pasa a través de ella, manteniendo al mismo tiempo la luminosidad deseada en el interior. Por otra parte, cuando el ahorro en el invierno es una prioridad, el diseño podría maximizar la cantidad de luz solar que atraviesa, reduciendo así la energía necesaria para calentar el edificio.
«En lugar de centrarnos solo en la cantidad de electricidad producida por la célula solar, consideramos el consumo de energía de todo el edificio para ver cómo podemos utilizar mejor la energía solar para minimizarla», dijo Wei Chen.
En algunos escenarios, por ejemplo, podría ser más eficiente energéticamente permitir que una mayor cantidad de luz pase a través de la ventana, en lugar de ser convertida en electricidad por la célula solar, a fin de disminuir la electricidad necesaria para la iluminación y la calefacción del edificio.
Las grandes ventanas instaladas en edificios de gran altura son caras de hacer. El coste adicional de incorporar las células solares semitransparentes en ellas será marginal.
«¡Pero incluso con el gasto extra, el edificio obtiene su electricidad gratis!», dijo el profesor Jasieniak.
«Estas células solares significan un gran cambio en la forma de pensar sobre los edificios y su funcionamiento. Hasta ahora cada edificio ha sido diseñado bajo el supuesto de que las ventanas son fundamentalmente pasivas. Ahora producirán activamente electricidad. Los planificadores y diseñadores podrían incluso tener que reconsiderar la forma en que orientan los edificios, para optimizar la forma en que las paredes atrapen el sol».
El autor principal, el Dr. Jae Choul Yu, añadió que se obtendrían más ganancias de eficiencia con más investigación.
«Nuestro próximo proyecto es un dispositivo en tándem», dijo. «Usaremos células solares de perovskita como capa inferior y células solares orgánicas como capa superior».
En cuanto a cuándo saldrán al mercado las primeras células solares semitransparentes comerciales, «eso dependerá del éxito que tenga la ampliación de la tecnología, pero nuestro objetivo es llegar a ello en un plazo de 10 años», dijo el profesor Jasieniak.
Jatin Khanna, Director de Operaciones de Viridian Glass, añadió: «El desarrollo de estas ventanas solares presenta una oportunidad que podría traducirse en que se pongan en marcha nuevas innovaciones y tecnologías del vidrio». (Fuente: NCYT Amazings)
