Ventanas inteligentes chinas que generan energía y optimizan el confort térmico revolucionan la eficiencia energética
2 diciembre, 2024
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**Científicos chinos desarrollan ventanas fotovoltaicas inteligentes que generan energía y controlan el flujo de calor**
Un equipo de investigadores de la Universidad de Hunan, en China, ha presentado un innovador diseño de ventana fotovoltaica inteligente (SPV, por sus siglas en inglés) que no solo produce electricidad, sino que también regula la cantidad de radiación solar que ingresa a los edificios. Este avance promete mejorar significativamente la eficiencia energética de las construcciones y su interacción con la red eléctrica.
El proyecto, liderado por el Dr. Yutong Tan y su equipo, combina funciones fotoeléctricas y electrocrómicas en un único sistema. Esto significa que la ventana puede transformar la luz solar en energía eléctrica al tiempo que ajusta su nivel de transparencia para controlar la cantidad de luz y calor que penetra en el interior. Según Tan, el sistema tiene el potencial de superar a las ventanas convencionales de baja emisividad (Low-E) en términos de eficiencia energética y confort térmico.
### ¿Cómo funciona esta tecnología?
El diseño de la ventana SPV incluye una capa funcional que integra células de silicio cristalino con una película electrocrómica (EC). Esta última está compuesta por cinco capas: dos electrodos transparentes, una capa de almacenamiento de iones, una capa conductora de iones y una capa electrocrómica hecha de trióxido de tungsteno.
Cuando no se aplica voltaje, la película EC permanece en un estado transparente, permitiendo el máximo paso de luz visible. Sin embargo, al aplicar voltaje, los iones de litio se desplazan hacia la capa electrocrómica, lo que oscurece la película y reduce la transmisión de luz. Cuanto mayor sea el voltaje, más oscura será la ventana, lo que permite un control preciso de la iluminación y el calor.
Además, la ventana está diseñada con múltiples capas, incluyendo una cubierta de vidrio transparente, un sustrato de vidrio, una cavidad de argón y una hoja de vidrio Low-E. Las células de silicio cristalino, con una eficiencia del 11,6%, están dispuestas en tiras de 3 mm de grosor en las áreas que no interfieren con la iluminación natural.
### Simulaciones y resultados
Para evaluar el rendimiento de estas ventanas inteligentes, los investigadores realizaron simulaciones en edificios con dimensiones específicas (50 m de largo, 4,6 m de ancho y 2,7 m de alto) y un ratio ventana-pared del 77%. Las pruebas se llevaron a cabo durante la temporada de enfriamiento (mayo a octubre) en cuatro ciudades chinas: Fuzhou, Xiamen, Hong Kong y Haikou, todas con altos niveles de radiación solar.
El equipo desarrolló dos estrategias de control para las ventanas: una basada en la radiación solar incidente (CtrlRad) y otra en el flujo de calor a través de la ventana (CtrlFlux). Los resultados mostraron que, en comparación con las ventanas Low-E tradicionales, las ventanas SPV con la estrategia CtrlFlux lograron reducciones significativas en varios indicadores clave:
– **Exceso de iluminación diurna:** Reducción del 81,6% al 93,1%.
– **Picos de carga energética:** Disminución del 49,3% al 54,5%.
– **Diferencia diaria entre picos y valles de consumo:** Reducción del 54,7% al 65,8%.
– **Consumo energético anual neto:** Disminución del 49,1% al 69,2%.
Por su parte, la estrategia CtrlRad también mostró mejoras notables, aunque ligeramente inferiores en algunos aspectos.
### Implicaciones y futuro desarrollo
El Dr. Tan destacó que este avance no solo mejora la eficiencia energética de los edificios, sino que también contribuye a una mayor «amigabilidad con la red eléctrica», al reducir las fluctuaciones en la demanda energética. Además, el equipo planea continuar investigando cómo estas ventanas pueden optimizar el entorno térmico y lumínico en interiores.
El estudio completo, titulado *“Assessing the energy efficiency and grid friendliness of smart photovoltaic windows incorporating crystalline silicon cells and electrochromic film”*, fue publicado en la revista científica *Applied Energy*. Este trabajo fue desarrollado en colaboración con el Laboratorio Clave de Seguridad y Eficiencia Energética en Edificaciones del Ministerio de Educación de China.
Con este avance, las ventanas inteligentes SPV podrían convertirse en una herramienta clave para el diseño de edificios sostenibles, ofreciendo una solución innovadora que combina generación de energía, confort térmico y eficiencia energética.
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