Científicos crean celdas solares capaces de generar energía a 10 metros bajo el océano
Científicos de la Universidad de Yunnan probaron módulos fotovoltaicos de perovskita en el mar de China Meridional. La tecnología podría suministrar energía a sensores, cámaras, robots y sistemas de comunicación instalados lejos de la costa.
Un equipo de científicos chinos consiguió que celdas solares subacuáticas funcionaran a 10 metros bajo la superficie del océano, una profundidad muy superior a la alcanzada en ensayos anteriores. El avance, desarrollado por investigadores de la Universidad de Yunnan, podría facilitar la alimentación de dispositivos utilizados para estudiar los mares sin depender constantemente de baterías convencionales o conexiones mediante cables.
Los resultados fueron publicados en Joule, revista científica especializada de Cell Press. El estudio combina experimentos de laboratorio con una prueba de campo realizada frente a las islas Weizhou, en el mar de China Meridional, donde los investigadores integraron módulos solares de perovskita en robots submarinos.
Hasta ahora, la mayoría de los trabajos sobre energía fotovoltaica bajo el agua se había limitado a profundidades de dos metros o menos. Esa distancia resultaba insuficiente para numerosas aplicaciones oceanográficas, industriales y ambientales que necesitan operar durante periodos prolongados y lejos de la costa.
Cómo funcionan las celdas solares debajo del agua
El principal desafío para producir electricidad en el océano es la rápida disminución de la radiación solar a medida que aumenta la profundidad. El agua absorbe y dispersa parte de la luz, por lo que la cantidad y el tipo de radiación disponible cambian considerablemente en apenas unos metros.
No todas las longitudes de onda penetran de la misma manera. Los tonos rojos se absorben con mayor rapidez, mientras que una parte de la luz azul y verde puede alcanzar zonas más profundas. Por ese motivo, una celda convencional diseñada para trabajar en tierra no necesariamente ofrece el mejor rendimiento cuando se encuentra sumergida.
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Para estudiar esas condiciones, el equipo encabezado por Wen-Hua Zhang construyó un sistema de laboratorio con filtros ópticos especialmente diseñados. El dispositivo permitió reproducir la iluminación existente a diferentes profundidades y determinar qué materiales podían aprovechar mejor el espectro de luz disponible bajo el agua.
Los investigadores desarrollaron celdas de perovskita de banda prohibida amplia, capaces de absorber principalmente radiación dentro del rango comprendido entre el azul y el naranja. Esa característica les permitió mantener la generación eléctrica pese a la menor intensidad lumínica registrada a diez metros de profundidad.
Una tecnología con elevada estabilidad
Además del rendimiento energético, los científicos evaluaron la resistencia de los dispositivos. Después de permanecer almacenadas durante 300 días en una caja de guantes con atmósfera de nitrógeno, las celdas conservaron aproximadamente el 96% de su eficiencia inicial, de acuerdo con los resultados divulgados.
Las pruebas también mostraron una degradación prácticamente nula después de 1.160 horas de exposición a condiciones simuladas correspondientes a diez metros de profundidad. Para los autores, este comportamiento representa una señal favorable sobre la durabilidad potencial de la tecnología, aunque todavía serán necesarios ensayos más extensos en ambientes marinos reales.
El paso siguiente consistió en abandonar el laboratorio. El equipo fabricó módulos de mayor superficie, los incorporó a robots submarinos y los desplegó frente a las islas Weizhou. Durante una prueba de dos horas, los dispositivos generaron energía eléctrica en condiciones reales a diez metros bajo el nivel del mar.
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El comunicado sobre la investigación atribuye a los módulos una producción de 324 mWh —milivatios-hora— durante el ensayo, una unidad que no debe confundirse con megavatios-hora. A partir del rendimiento y la estabilidad observados, los investigadores estimaron que el sistema podría trabajar de manera continua durante alrededor de 5,5 años, aunque esa proyección deberá comprobarse mediante pruebas prolongadas.
Sensores, cámaras y robots alimentados por energía solar
Una posible aplicación de estas celdas solares submarinas sería el suministro eléctrico para sensores que registran la temperatura, la salinidad, la presión, el oxígeno disuelto o la contaminación del agua. También podrían utilizarse en cámaras, equipos de comunicación, plataformas de acuicultura y dispositivos destinados a vigilar ecosistemas marinos.
Actualmente, muchos instrumentos subacuáticos dependen de baterías que deben reemplazarse o recargarse periódicamente. En lugares remotos, esas operaciones pueden resultar costosas y exigir el traslado de embarcaciones y personal especializado. Un sistema capaz de generar electricidad en el mismo sitio podría extender la autonomía de los equipos y reducir las tareas de mantenimiento.
La tecnología todavía enfrenta obstáculos antes de alcanzar una utilización comercial. Entre ellos se encuentran el sellado de los módulos, la corrosión causada por el agua salada, la acumulación de algas y microorganismos sobre las superficies, la presión a mayores profundidades y la variación de la transparencia del océano según el clima o la presencia de sedimentos.
El equipo de la Universidad de Yunnan planea probar las celdas de perovskita en aguas más profundas para establecer hasta dónde pueden funcionar. También busca desarrollar protocolos estandarizados de evaluación para sistemas fotovoltaicos subacuáticos, un paso necesario para comparar resultados y avanzar hacia aplicaciones prácticas.