Menu

Panells d'energia
solar fotovoltaica

Instal·lació d'energia solar tèrmica

Planta d'energia solar
termoelèctrica

Què és un concentrador solar luminiscent?

Un concentrador solar luminiscent (LSC) és un dispositiu capaç d'absorbir i concentrar la llum solar per a la producció d'energia elèctrica. Els concentradors solars luminiscents capten la radiació solar en una gran àrea. Tot seguit, converteixen aquesta radiació en luminiscència i la dirigeixen a un objectiu més petit on hi ha un receptor fotovoltaic.

Què és un concentrador solar luminiscent?

Les sigles LSC provenen de l'anglès Luminiscent Solar Concentrator.

Els panells LSC són més barats que els panells fotovoltaics clàssics. De fet, estan fabricats amb plaques de plàstic o vidre sobre les quals es dipositen les molècules luminiscents.

Com funciona un concentrador solar luminiscent?

Els concentradors solars luminiscents LSC són plaques fotogràfiques actives transparents capaces d'absorbir la llum d'un ampli espectre de radiació solar.

Aquests elements fan servir tints luminiscents especials capaços de capturar la llum i tornar a emetre-la a dins de la placa. A continuació, la radiació es transporta cap a les vores, mitjançant successives reflexions dins de la placa. A les vores dels panells hi ha cèl·lules fotovoltaiques que converteixen la llum solar en electricitat.

El sistema de concentració té molts avantatges. Es redueix el sobreescalfament de les cèl·lules de silici, que sovint provoca una reducció de l'eficiència i una pèrdua d'energia en forma de calor.

A més, al travessar els panells solars, la radiació incident es converteix en longituds d'ona que maximitzen l'eficiència de les cèl·lules.

Avantatges dels concentradors solars luminiscents (LSC)

Entre els avantatges dels concentradors solars luminiscents destaquen:

  • Milloren l'eficiència: Fan possible canviar la regió de radiació d'ona curta de l'espectre solar a un rang de longitud d'ona més llarga. Dins d'aquest rang l'eficiència de conversió de les cèl·lules solars és més gran.

  • Aprofita la llum difusa: Aconseguir una alta concentració òptica de llum solar a dispositius estacionaris causa de la capacitat de capturar no només llum directa, sinó també difusa.

  • Evita que les cèl·lules solars es sobreescalfin.

  • L'ús del LSC en combinació amb un sistema solar fotovoltaic per a la producció d'energia elèctrica augmentarà l'eficiència global.

  • A causa de l'ús de cèl·lules fotovoltaiques d'àrea petita en el disseny d'aquests sistemes, facilita la utilització cèl·lules solars més eficients i cares.

Desavantatges dels concentradors solars luminiscents (LSC)

Aquest tipus de concentradors solars presenta alguns inconvenients:

El "con de pèrdua" exerceix una influència bastant gran en l'eficiència de l'estructura a través de la qual una part de la llum reemesa abandona el volum de la guia d'ones i ja no pot usar-se per a la conversió en energia elèctrica.

Per reduir les pèrdues dins de la guia d'ones, cal disminuir l'angle crític augmentant el seu índex de refracció. No obstant això, en aquest cas, la pèrdua deguda a el reflex de la llum solar augmenta a causa d'un augment de l'angle crític extern. La solució a aquest problema és possible aplicant un revestiment amb un índex de refracció intermedi a la interfície aire-guia d'ones, com a resultat de la qual cosa disminuiran les pèrdues degudes a la reflexió i la sortida de radiació de la guia d'ones.

La pèrdua com a resultat de la reabsorció de la llum reemesa per un fòsfor està indissolublement lligada a el "con de pèrdua". Durant el moviment de la radiació al llarg de la guia d'ones cap als extrems, pot ser reabsorbida i reemesa. Atès que la luminescència és quasi-isotròpica, part de la radiació es perd novament a través del "con de pèrdua". Això es deu a la superposició de les regions d'excitació i luminiscència; per tant, cal seleccionar un llumí amb el major desplaçament de Stokes possible.

Ús i aplicacions de dispositius solars LSC

Les estructures d'energia solar que consten de LSC i sistemes fotovoltaics poden integrar-se en la infraestructura urbana mitjançant l'ús de superfícies artificials existents. Aquestes estructures poden ser, per exemple, estructures translúcides d'edificis, com finestres, vidrieres, cornises.

La introducció d'aquests sistemes en dispositius electrònics mòbils i teixits (per exemple, motxilles) és prometedora. El cost d'una estructura que consta d'un concentrador solar luminiscent, en combinació amb una cel·la solar, serà menor que el cost d'una cel·la solar pura d'una eficiència similar. Això es deu a el fet que en el primer cas, l'àrea del panell fotovoltaic serà menor.

Quins materials s'utilitzen per a la construcció d'un concentrador solar luminiscent?

Els plàstics, el vidre o els dissolvents orgànics situats entre les làmines de plàstic o vidre poden utilitzar com a material de la matriu LSC. Els materials polimèrics són els més adequats per a aquestes finalitats per les seves propietats òptiques i operatives, així com a la seva capacitat de fabricació. Per a aquestes finalitats, s'utilitzen amb més freqüència polimetil metacrilat i poliestirè.

Els tints orgànics, compostos amb ions de metalls rars i punts quàntics, dels quals els primers són els més utilitzats a causa del seu alt rendiment quàntic, facilitat d'ús i baix cost, poden actuar com a material luminiscent.

La seva concentració per a una operació efectiva no excedeix l'1% de la massa, el que té un efecte positiu en el cost de l'estructura. 

Conclusions

L'energia solar moderna té un nombre suficient de problemes sense resoldre, com ara:

  • L'alt cost de les cèl·lules solars

  • La baixa eficiència de conversió de les cèl·lules solars, que no es pot augmentar amb els mètodes tradicionals sense costos significatius,

  • La discrepància entre la sensibilitat espectral dels convertidors fotovoltaics amb l'espectre de la llum solar i el volum dels més eficients.

Cada un d'aquests problemes es pot resoldre per separat millorant les tecnologies existents. Aquest enfocament requereix molt de temps i costos de materials, el que dificulta el desenvolupament de l'energia solar davant la reducció de les reserves de combustibles fòssils tradicionals. Per tant, un concentrador solar luminiscent pot ser una bona solució a tenir en compte.

Autor:

Data de publicació: 16 de març de 2021
Última revisió: 16 de març de 2021