La instalación de paneles solares es ampliamente reconocida como uno de los métodos más efectivos para aprovechar las energías renovables y se está volviendo cada vez más común en áreas residenciales. Sin embargo, los científicos han descubierto recientemente una técnica novedosa para utilizar el agua de lluvia como un medio para capturar, almacenar y utilizar energía eléctrica.
En este artículo vamos a contarte cuales el mercado para capturar y almacenar agua de lluvia como energía eléctrica.
Agua de lluvia como energía eléctrica
La fuente de esta energía proviene del impacto de las gotas de lluvia sobre una superficie receptiva. Al aprovechar esta energía, es posible crear techos que pueden convertir la energía cinética de las gotas de lluvia en electricidad para el uso diario. Esta tecnología innovadora tiene el potencial de revolucionar la forma en que aprovechamos la energía de nuestro entorno.
El equipo de investigadores de la Universidad de Tsinghua en Beijing ha descubierto una solución que consiste en implementar un nanogenerador triboeléctrico (TENG) al proceso. Este TENG se encarga de adquirir y acumular las pequeñas cantidades de energía eléctrica que se producen a partir de cada gota de lluvia.
En los últimos años, este concepto particular ha enfrentado numerosos obstáculos técnicos. No obstante, el último avance en este campo supone un avance significativo en la aplicación de esta técnica. Los investigadores han identificado con éxito un enfoque innovador para mejorar la eficiencia energética.
Cuando se trata de paneles solares, las células fotovoltaicas están conectadas entre sí a través de un circuito eléctrico. Esto se hace para maximizar la cantidad de energía eléctrica que se aprovecha de los rayos del sol. Sin embargo, se pensaba que era imposible unir células para aprovechar la energía de las gotas de lluvia debido a un fenómeno conocido como «capacitancia de acoplamiento».
Cómo funciona el dispositivo
La pérdida de energía entre los electrodos superior e inferior es un problema recurrente en este fenómeno. A pesar de esto, los investigadores han encontrado una solución a este problema alterando el diseño y la disposición del panel. Como resultado, han podido reducir significativamente la cantidad de energía perdida, haciendo que este método de recolección de energía sea más práctico.
Zong Li, profesor de la Universidad de Tsinghua y uno de los principales autores del método, reconoce la potencia de salida instantánea ultra alta de los D-TENG. Sin embargo, usar un solo D-TENG para alimentar continuamente equipos eléctricos del orden de megavatios sigue siendo un desafío. Por lo tanto, es crucial lograr el uso simultáneo de múltiples D-TENG.
Zong Li propuso un método para recolectar energía de las gotas de lluvia. Se inspiró en el diseño de paneles solares, que conectan varias unidades en paralelo para alimentar una carga. El método propuesto es sencillo pero eficiente.
Li y su equipo han desarrollado un enfoque único para disminuir la capacitancia de acoplamiento, que han denominado «generadores de matriz de puente». El concepto implica la implementación de electrodos de matriz inferior para permitir el funcionamiento de celdas individuales y, al mismo tiempo, reducir la capacitancia.
Convertir agua de lluvia en energía eléctrica
Cuando las gotas hacen contacto con el panel, chocan y transfieren su carga a la superficie. Esto da como resultado una carga positiva para la gota y una carga negativa para el panel, creando así una diferencia de potencial. Sin embargo, la carga generada es minúscula y eventualmente se disipa. Para combatir esta pérdida de energía, se emplean «generadores de matriz de puente» para mantener una carga constante y solucionar el problema.
Los investigadores realizaron múltiples pruebas en una variedad de matrices, electrodos y tamaños de paneles. A través de estos experimentos, descubrieron que el grosor de la superficie jugaba un papel clave en la capacitancia de acoplamiento. Al aumentar el grosor de la superficie, la capacitancia de acoplamiento disminuyó mientras se mantenía una alta densidad de la superficie cargada. Como resultado, esta mejora en el espesor condujo a un rendimiento mejorado de la matriz.
A través de este enfoque, la potencia más alta hasta la fecha ha alcanzado aproximadamente 200 W por metro cuadrado, lo que representa un aumento notable de casi cinco veces en comparación con años anteriores. Estos hallazgos sugieren que en los próximos años, podemos tener acceso a paneles capaces de aprovechar la energía de las gotas de lluvia, otro método innovador para extraer energía del mundo natural que nos rodea.
Otros métodos para generar electricidad con agua de lluvia
La piezoelectricidad del agua es una propiedad que tienen ciertos materiales que les permite convertir la energía mecánica en energía eléctrica. En este caso, la energía mecánica es generada por gotas de agua que caen sobre el polímero piezoeléctrico. El sistema proviene de Francia, concretamente de CEA/Leti-MINATEC, donde un equipo de científicos descubrió que es posible generar energía a través del impacto de las lluvias.
Pero obviamente, esto no funciona para todos los materiales. Para este proyecto, utilizaron láminas de PVDF, que están seguros de que funcionarán mejor. De todos los sistemas anteriores, este es el que genera la menor cantidad de electricidad, pero ya se está investigando para mejorarlo.
Inicialmente, los investigadores calcularon que se podría obtener un máximo de 1 vatio-hora de electricidad por metro cúbico en una región de Francia donde llueve mucho. De ser ciertas estas cifras, la energía producida solo podrá alimentar pequeños dispositivos de bajo consumo.
Microturbina hidráulica casera
Al otro lado del océano, llegamos a la Universidad Tecnológica de México, donde unos estudiantes crearon un sistema llamado «Lluvia». Esto es muy eficiente ya que puede generar electricidad mientras proporciona agua potable a la casa.
El proyecto se basa en la tecnología utilizada en las centrales hidroeléctricas, pero adaptada al sector doméstico, más específicamente a los hogares de bajos ingresos. El sistema de «agua de lluvia» consiste en recolectar agua de lluvia del techo con una tubería, filtrar, purificar y tratar el agua. Tras su depuración, llega a microturbinas donde, gracias a la fuerza de la caída, puede generar electricidad.
Todo esto se almacena en baterías separadas de 12 voltios. En este momento viene a encender alguna iluminación LED o algún pequeño electrodoméstico. La idea final es aumentar la eficiencia y la cantidad de electricidad producida para alimentar los hogares.
Desde la primera turbina que obtiene la potencia necesaria, el agua pasa por otro filtro de carbón activado que elimina todas las impurezas, olores y sabores. De esta manera, el agua se purifica y se puede consumir en casa.
Espero que con esta información puedan conocer más sobre las diferentes maneras de transformar el agua de lluvia en energía eléctrica.