Investigadores de la Universidad de Yunnan probaron módulos fotovoltaicos en el mar de China Meridional y lograron cargar baterías a profundidades de hasta 10 metros. La tecnología está orientada a sensores, cámaras y comunicaciones submarinas, aunque su durabilidad multianual todavía es una proyección de laboratorio.
Un equipo internacional encabezado por investigadores de la Universidad de Yunnan, China, consiguió generar electricidad con células solares de perovskita sumergidas a 10 metros de profundidad, demostrando en condiciones marinas que esta tecnología puede aprovechar la fracción azul y verde de la luz solar que continúa penetrando bajo el agua.
El experimento, publicado el 11 de septiembre en la revista científica Joule, utilizó módulos con una superficie activa de 115 cm² instalados en equipos submarinos cerca de la isla de Weizhou, en el mar de China Meridional. Durante pruebas de dos horas, los dispositivos almacenaron 1.416 mWh a dos metros de profundidad, 752 mWh a seis metros y 324 mWh a 10 metros en baterías de ion-litio.
El resultado de 324 mWh equivale a una potencia media de unos 162 milivatios durante el ensayo. No es una cantidad destinada a abastecer grandes cargas, pero puede resultar relevante para equipos submarinos de bajo consumo que permanecen durante largos períodos lejos de una conexión eléctrica convencional.
Los investigadores plantean aplicaciones en sensores, cámaras, sistemas de comunicación y dispositivos submarinos autónomos. Para sectores industriales, el principio también podría evaluarse en el futuro para redes de monitoreo oceánico, instalaciones portuarias, ductos y eventualmente infraestructura asociada a actividades mineras marítimas. Esas aplicaciones industriales, sin embargo, no fueron demostradas en este estudio.
Una célula diseñada para la luz que queda bajo el agua
El principal obstáculo para producir electricidad fotovoltaica bajo el mar no es solamente que exista menos luz a medida que aumenta la profundidad. También cambia su composición.
El agua absorbe fuertemente las longitudes de onda más largas, especialmente por encima de aproximadamente 630 nanómetros. A profundidades de entre cinco y 10 metros predomina en cambio una fracción del espectro situada aproximadamente entre 400 y 600 nanómetros, correspondiente principalmente a luz azul y verde.
El equipo, integrado entre otros por Simin Ma, Bing Cai y Wen-Hua Zhang, desarrolló una célula de perovskita de haluro de plomo con una banda prohibida de aproximadamente 1,96 electronvoltios, ajustada precisamente para aprovechar ese espectro submarino.
También incorporó clorhidrato de polihexametilenguanidina, o PHMG, como aditivo durante la cristalización. El compuesto permitió reducir defectos, dificultar la migración de iones y mejorar la estabilidad estructural de la perovskita, uno de los principales desafíos que enfrenta esta familia de materiales fotovoltaicos.
La capacidad de modificar la composición y, por tanto, el rango de luz que absorben las perovskitas representa una ventaja frente a tecnologías diseñadas principalmente para aprovechar el espectro solar disponible sobre la superficie.
Casi 35% de eficiencia, pero bajo un espectro muy diferente
En las pruebas de laboratorio, las células alcanzaron una eficiencia de conversión de 34,71% bajo iluminación que simulaba las condiciones existentes a 10 metros de profundidad. Bajo el estándar solar terrestre AM 1.5G, en cambio, obtuvieron 17,08%, con una eficiencia certificada de 16,79%.
La cifra de 34,71% necesita contexto.
No significa que una célula produzca más electricidad a 10 metros bajo el mar que expuesta al Sol en superficie. La eficiencia mide qué proporción de la energía luminosa que llega al dispositivo se transforma en electricidad. A esa profundidad llega considerablemente menos energía total, pero su espectro está particularmente bien ajustado al material desarrollado por los investigadores.
La diferencia queda reflejada en las pruebas de campo: usando el mismo módulo durante dos horas, la energía almacenada disminuyó desde 1.416 mWh a dos metros hasta 324 mWh a 10 metros, una caída de alrededor de 77%.
Pese a esa reducción, la prueba demostró que la electricidad obtenida a 10 metros fue suficiente para cargar baterías de ion-litio y posteriormente alimentar iluminación LED, proporcionando una demostración completa desde la captación solar hasta el almacenamiento y consumo.
Las 5,5 años de duración son una estimación
Otro resultado destacado por el equipo corresponde a la estabilidad.
Las células fueron sometidas durante 1.160 horas a seguimiento continuo del punto de máxima potencia bajo iluminación de laboratorio que reproducía las condiciones solares correspondientes a una profundidad de 10 metros, sin que los investigadores observaran una degradación significativa.
A partir de ensayos de envejecimiento acelerado, el estudio calculó una vida T80 de 48.094 horas, aproximadamente 5,49 años a 25 °C. T80 corresponde al período estimado hasta que el dispositivo cae al 80% de su rendimiento inicial.
La cifra no significa que un panel haya permanecido cinco años y medio funcionando en el océano.
Se trata de una extrapolación basada en pruebas aceleradas bajo condiciones submarinas simuladas. Los dispositivos también mantuvieron cerca del 96% de su eficiencia después de 300 días almacenados en una atmósfera de nitrógeno, pero ese ensayo tampoco replica una exposición marina prolongada.
Quedan por estudiar factores como incrustaciones biológicas sobre las superficies, deterioro de los encapsulados, corrientes, presión, turbidez variable y exposición prolongada al agua salada. El equipo prevé realizar experimentos a mayores profundidades y desarrollar procedimientos estandarizados para evaluar sistemas fotovoltaicos submarinos.
Sensores submarinos sin depender exclusivamente de baterías
El interés de la tecnología está relacionado con un problema recurrente de los sistemas instalados bajo el agua: suministrar electricidad durante períodos prolongados.
Sensores ambientales, cámaras, equipos acústicos y sistemas de comunicación pueden depender de baterías que periódicamente deben recuperarse o reemplazarse, o de conexiones mediante cables hacia fuentes de energía externas.
Una pequeña fuente fotovoltaica que recargue acumuladores durante las horas disponibles de luz podría ampliar la autonomía de equipos de bajo consumo o reducir la frecuencia de intervenciones.
En minería y otras industrias intensivas en infraestructura, una aplicación futura podría estar en instrumentación submarina para monitorear instalaciones costeras, terminales portuarios, ductos, captaciones y descargas de agua o determinadas infraestructuras marinas. El estudio de Yunnan no probó esos escenarios y tampoco demuestra todavía que la tecnología esté preparada para despliegues comerciales de varios años.
El avance tiene un alcance más preciso: demuestra que una célula fotovoltaica específicamente diseñada para el espectro submarino puede producir electricidad y cargar baterías en condiciones reales de mar a 10 metros de profundidad, superando la escala de profundidad de buena parte de los trabajos anteriores. El desafío ahora será comprobar si esa capacidad puede mantenerse durante años en un ambiente marino real y convertirse en una fuente de alimentación fiable para redes autónomas de sensores y equipos submarinos.
