A diez metros bajo la superficie del océano, donde la luz pierde buena parte de su intensidad y las baterías definen la autonomía de los equipos, un grupo de científicos chinos logró un resultado poco habitual: celdas solares capaces de generar electricidad bajo el agua. Más allá de que se encuentra todavía en una fase experimental, la energía solar continúa rompiendo barreras tecnológicas que permiten reafirmar su crecimiento en este proceso de transición energética.
La prueba, realizada frente a las islas Weizhou, en el mar de China Meridional, superó con amplitud la profundidad de los estudios anteriores, que casi nunca pasaban de los dos metros.
El equipo de investigadores de la Universidad de Yunnan y de la Southwest United Graduate School de Kunming, desarrolló paneles solares de perovskita, los incorporó a robots submarinos y midió su rendimiento en una zona costera abierta. El experimento, publicado en la revista científica Joule, del grupo Cell Press, ofrece una alternativa para dispositivos que hoy dependen de baterías reemplazables, generadores o cables conectados a tierra.
La producción energética todavía resulta limitada para sistemas de alto consumo, pero el hallazgo apunta a un campo con necesidades concretas. Sensores de temperatura, salinidad, presión, oxígeno disuelto, contaminación y corrientes marinas requieren electricidad durante meses o años. Las cámaras, las estaciones de monitoreo ambiental y ciertos instrumentos de acuicultura enfrentan el mismo desafío. Cuando sus baterías se agotan, una embarcación y personal especializado deben recuperarlos o sustituir sus fuentes de energía.
En ese contexto, una célula solar sumergida no sustituye de inmediato a las baterías. Su función podría consistir en recargarlas cada día y prolongar la permanencia de los equipos en el océano. El planteo se parece al de las boyas o estaciones meteorológicas remotas que usan paneles solares en la superficie, aunque con una diferencia decisiva: el captador de luz permanece bajo el agua junto al instrumento.
El avance no consiste solo en colocar un panel convencional bajo el mar. La radiación que llega a esa profundidad posee un espectro distinto del disponible en tierra firme. El agua absorbe y dispersa la luz desde los primeros metros, con mayor efecto sobre algunos colores. Las longitudes de onda rojas desaparecen antes, mientras las franjas azul y verde penetran más. Por eso, una tecnología diseñada para captar el espectro solar terrestre no ofrece por sí sola el máximo rendimiento en el fondo marino.
La luz azul y verde permitió generar electricidad a una profundidad inédita
Los científicos construyeron un sistema de laboratorio con filtros ópticos adaptados para reproducir la iluminación subacuática a diferentes niveles de profundidad. Esa herramienta permitió identificar qué materiales aprovechan mejor la energía disponible a diez metros y evaluar su respuesta antes de las pruebas en el mar. El resultado favoreció a las células solares de perovskita utilizada que contiene haluro de plomo y posee una banda prohibida ancha, de cerca de 1,96 electronvoltios.
En términos simples, esa propiedad define el rango de energía lumínica que un semiconductor puede transformar en electricidad. El diseño del equipo captó principalmente radiación desde el azul hasta el naranja, una adaptación relevante en un entorno donde la intensidad solar disminuye de forma rápida.
Para mejorar el material, los expertos incorporaron hidrocloruro de polihexametileno guanidina. El compuesto modificó los niveles de energía de la perovskita y facilitó la extracción de electrones. También redujo defectos dentro de la estructura cristalina y limitó el movimiento de iones de haluro, un fenómeno asociado con la degradación de estos dispositivos. Esas modificaciones buscan resolver una debilidad conocida de las perovskitas: su sensibilidad ante la humedad y otros factores ambientales.
En las simulaciones correspondientes a 10 metros de profundidad, las celdas alcanzaron una eficiencia de conversión de potencia del 34,71 %. La cifra indica qué proporción de la luz recibida terminó transformada en electricidad. El dato no equivale a la eficiencia de un panel solar terrestre bajo luz plena, porque el dispositivo submarino recibe una radiación mucho menor y filtrada por el agua. Su importancia reside en la capacidad de aprovechar con eficacia la fracción de luz que sobrevive a esa distancia de la superficie.
El ensayo de campo comprobó el desempeño fuera del laboratorio. A dos metros de profundidad, un conjunto de módulos con un área de 115 centímetros cuadrados produjo 1.416 milivatios-hora en dos horas. A diez metros, el sistema entregó 324 milivatios-hora en el mismo lapso, energía suficiente para cargar baterías de iones de litio y encender luces LED, según los investigadores. La unidad correcta es milivatios-hora, no megavatios-hora: se trata de una fuente para electrónica de baja potencia, no de una instalación destinada a la red eléctrica.
“Este trabajo presenta la primera validación funcional de células solares sumergidas que operan en la práctica a una profundidad de hasta aproximadamente 10 metros, ampliando considerablemente su ámbito de aplicación”, afirmó Wen-Hua Zhang, autor del estudio, de acuerdo con los resultados difundidos por el equipo. La afirmación sitúa el ensayo como un salto respecto de la literatura anterior, concentrada en profundidades de hasta dos metros.
Zhang destacó además la respuesta de los módulos de gran tamaño bajo condiciones reales. “Lo que más nos sorprendió fue [cuánta] energía eléctrica generaron nuestros módulos de gran superficie en condiciones reales, a 10 metros de profundidad y durante solo dos horas”, afirmó. El investigador agregó: “También logramos escalar desde células de laboratorio de pequeña superficie hasta módulos de gran tamaño”. Ese pasaje resulta importante porque muchas tecnologías muestran buenos resultados en muestras pequeñas, pero pierden rendimiento cuando pasan a formatos utilizables.
La estabilidad durante años será la prueba decisiva para su uso en el océano
La generación eléctrica constituye apenas una parte del reto. El mar somete a cualquier dispositivo electrónico a humedad, sales, presión, corrosión, microorganismos y cambios de temperatura. Sobre la superficie de los módulos pueden acumularse algas, bacterias y otros organismos, un proceso que reduce la entrada de luz. La transparencia del agua también cambia por sedimentos, oleaje, clima o contaminación, de modo que la energía disponible no mantiene siempre el mismo nivel.
El equipo evaluó la resistencia de las celdas en condiciones controladas. Tras 1.160 horas de exposición simulada a diez metros de profundidad, los dispositivos registraron una degradación casi nula. En otra prueba, las celdas permanecieron 300 días en una caja de guantes con atmósfera de nitrógeno y conservaron cerca del 96 % de su eficiencia inicial. Ambos resultados ofrecen indicios favorables, aunque no reemplazan un ensayo continuo de varios años en agua marina real.
A partir de las mediciones de estabilidad, los científicos calcularon una vida útil de aproximadamente cinco años y medio a diez metros de profundidad y 25 °C. La proyección señala el tiempo necesario para que el rendimiento alcance el 80 % de su valor inicial. No significa que los módulos ya completaron cinco años bajo el mar. El cálculo surge de pruebas aceleradas y de la evolución observada durante los experimentos, por lo que requerirá validación en instalaciones prolongadas.
El estudio plantea aplicaciones en redes de sensores distribuidas por zonas costeras, áreas de cultivo marino, plataformas de observación y sistemas de comunicación submarina. También puede beneficiar a vehículos autónomos que realizan mediciones sin una conexión permanente con barcos o instalaciones costeras. En cada caso, la ventaja potencial reside en reducir las intervenciones de mantenimiento que exigen logística, combustible y horas de trabajo.
La tecnología enfrenta cuestiones pendientes antes de alcanzar uso comercial. Los módulos necesitarán encapsulados resistentes al agua salada, diseños que soporten mayor presión y soluciones contra la acumulación biológica. También deberán conservar su rendimiento en mares con turbidez elevada, donde la radiación solar llega en menor cantidad. El uso de perovskitas con plomo obliga, además, a garantizar sellados que impidan cualquier liberación del material ante daños o fallas.
Los autores planean llevar las pruebas a mayores profundidades para establecer el límite operativo de la tecnología. Asimismo, buscan proponer protocolos comunes de evaluación para sistemas fotovoltaicos subacuáticos. Esa estandarización permitiría comparar materiales, condiciones de iluminación, durabilidad y resultados de campo bajo criterios equivalentes. La próxima etapa definirá si la energía del sol puede acompañar a los instrumentos del océano mucho más allá de la franja donde hoy llega con fuerza.
Estudio publicado: https://www.cell.com/joule/abstract/S2542-4351(26)00356-9
