- Investigadores del ICMS-CSIC en Sevilla desarrollan una lámina híbrida que genera electricidad con sol y lluvia simultáneamente
- El recubrimiento protege celdas solares de perovskita y convierte el impacto de gotas de agua en hasta 110 voltios
- La tecnología busca reducir la dependencia de baterías en dispositivos IoT y aplicaciones en exteriores
- El proyecto cuenta con financiación europea (ERC, Next Generation) y apunta a usos en ciudades inteligentes y zonas remotas
Un equipo de investigación en Sevilla ha dado un paso relevante en la generación de energía renovable con el desarrollo de un dispositivo capaz de producir electricidad al mismo tiempo a partir del sol y de la lluvia. La propuesta se basa en una lámina ultrafina que, además de mejorar la vida útil de determinados paneles solares, es capaz de transformar el impacto de cada gota de agua en una descarga eléctrica aprovechable.
Esta solución, planteada desde el ámbito público y académico, se orienta a responder a un problema cada vez más frecuente: la pérdida de rendimiento de los sistemas solares en días nublados y la fuerte dependencia de baterías para mantener en marcha sensores, pequeños equipos electrónicos y dispositivos conectados. Con este enfoque híbrido sol-lluvia, los investigadores buscan que el clima deje de ser una limitación tan marcada para la captación de energía en exteriores.
Un desarrollo del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla
El avance procede del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMS), un centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Sevilla. El grupo ha diseñado y patentado una lámina delgada que integra en una misma estructura la conversión fotovoltaica y la generación triboeléctrica, permitiendo aprovechar tanto la radiación solar como la energía cinética de las gotas de lluvia.
La pieza central del sistema es un recubrimiento de aproximadamente 100 nanómetros de espesor que se deposita sobre celdas solares de perovskita. Esta lámina funciona como un encapsulante químico protector y, al mismo tiempo, como superficie triboeléctrica. En la práctica, actúa como una especie de “piel” multifuncional que resguarda el dispositivo y añade una fuente adicional de electricidad a partir del agua que cae sobre su superficie.
Según detalla el equipo, la lámina ha sido desarrollada mediante técnicas de plasma, lo que permite un control muy fino de su composición y espesor, así como una fabricación escalable con métodos considerados sostenibles. Este tipo de deposición facilita que el recubrimiento se adapte a la geometría de los dispositivos sobre los que se aplica, algo importante para futuras aplicaciones en paneles y superficies de distinta forma y tamaño.
La investigadora del ICMS Carmen López subraya que el trabajo demuestra la viabilidad de combinar en un mismo sistema la tecnología fotovoltaica de perovskita y los nanogeneradores triboeléctricos. En lugar de tener dos dispositivos separados, la solución se integra en una única lámina fina, simplificando el diseño y reduciendo el volumen del conjunto.
Cómo funciona la combinación de sol y lluvia en un solo dispositivo
La base fotovoltaica del sistema son celdas solares de perovskita de haluro, materiales sintéticos con estructura cristalina que han ganado protagonismo en los últimos años por su elevada capacidad para absorber la luz solar. Frente al silicio, que domina el mercado actual, la perovskita destaca por su alta eficiencia potencial y por su menor coste de fabricación, lo que la sitúa como una candidata para impulsar la próxima generación de paneles solares.
El gran punto débil de estos materiales es su vulnerabilidad ante la humedad, la lluvia y las variaciones de temperatura. La exposición prolongada a entornos hostiles provoca degradación e inestabilidad, acortando la vida útil de los módulos. Precisamente por eso, la lámina desarrollada en Sevilla actúa primero como encapsulante: protege químicamente la celda, mejora su resistencia frente a ciclos de humedad-temperatura y optimiza al mismo tiempo la captación de la radiación incidente.
Sobre esa función de blindaje se superpone la parte triboeléctrica. La superficie del recubrimiento está diseñada para que cada gota de agua que impacta produzca una separación de cargas eléctricas, fenómeno que puede aprovecharse mediante nanogeneradores triboeléctricos. El efecto es similar al de la electricidad estática generada por rozamiento, pero canalizado de forma controlada hacia un circuito.
Los ensayos de laboratorio realizados por el equipo muestran que el recubrimiento puede generar hasta unos 110 voltios por el impacto de una sola gota de lluvia. Esta tensión, aunque acompañada de corrientes muy bajas, es suficiente para alimentar pequeños dispositivos electrónicos, como circuitos de LED o sensores de baja potencia, e incluso para cargarse de forma acumulativa cuando se combina con la energía procedente del sol.
Además de incrementar la funcionalidad, el diseño híbrido permite sacar partido a condiciones que tradicionalmente eran desfavorables para los paneles solares. En lugar de que la lluvia suponga un parón en la producción, el agua se convierte en una fuente adicional de energía, mientras la perovskita sigue produciendo electricidad siempre que haya cierto nivel de iluminación ambiental.
Mayor autonomía y menos dependencia de baterías
Uno de los objetivos declarados del proyecto es reducir la necesidad de baterías convencionales en toda una gama de dispositivos portátiles e inalámbricos. Muchos equipos que funcionan en exteriores —desde sensores ambientales hasta sistemas de señalización— dependen hoy de acumuladores que deben sustituirse o recargarse con frecuencia, con el consiguiente coste de mantenimiento y el impacto ambiental asociado.
La lámina híbrida sol-lluvia se plantea como una forma de dotar a esos equipos de autonomía energética continua, tanto en días soleados como en jornadas nubladas o lluviosas. La parte fotovoltaica cubre las horas de mayor irradiancia, mientras que el componente triboeléctrico entra en juego cada vez que la lluvia hace acto de presencia, sumando una aportación extra cuando más falta hace.
Esta combinación resulta especialmente interesante para aplicaciones vinculadas al Internet de las Cosas (IoT). Entre los ejemplos que manejan los investigadores aparecen sensores de humedad, lluvia y contaminación atmosférica, dispositivos de monitorización estructural en puentes y edificios, estaciones meteorológicas compactas o sistemas para agricultura de precisión que recopilan datos de suelo y clima en tiempo real.
Más allá de los dispositivos aislados, la tecnología también encaja en proyectos de ciudades inteligentes. Según el equipo del ICMS, podría integrarse en señalización viaria autónoma, alumbrado auxiliar, balizas y elementos de monitorización repartidos por el entorno urbano, donde la capacidad de soportar lluvia, humedad elevada y ciclos térmicos resulta esencial para garantizar la fiabilidad a largo plazo.
Otra vía de uso mencionada por los investigadores son las infraestructuras energéticas distribuidas en ubicaciones remotas, como estaciones marinas o sistemas instalados en zonas de difícil acceso. En estos entornos, minimizar el mantenimiento y asegurar un suministro estable a los equipos electrónicos es clave, y contar con una fuente que aprovecha tanto sol como lluvia puede marcar la diferencia frente a soluciones basadas solo en paneles fotovoltaicos y baterías.
Resistencia, escalabilidad y apoyo europeo a la investigación
En las pruebas realizadas, los recubrimientos han demostrado una estabilidad notable incluso en condiciones extremas. Los materiales han resistido inmersión en agua y ciclos combinados de humedad y temperatura, manteniendo su capacidad para alimentar de manera continuada pequeños circuitos. Esta robustez es uno de los argumentos que respaldan su posible uso en exteriores de forma prolongada.
El método de fabricación mediante tecnología de plasma facilita una producción escalable con técnicas consideradas sostenibles, algo relevante si se pretende trasladar este tipo de soluciones del laboratorio al mercado europeo. El enfoque se alinea con la estrategia comunitaria de impulsar tecnologías de captación energética que sean tanto eficientes como respetuosas con el entorno.
El trabajo se enmarca en el proyecto 3DScavenegrs, financiado por el Consejo Europeo de Investigación (ERC Starting Grant), y en la iniciativa Drop Ener, que cuenta con fondos europeos Next Generation. Ambos programas han permitido avanzar en el desarrollo de nanogeneradores triboeléctricos de gotas de lluvia, protegidos mediante la patente denominada Energy Harvesting Device, centrada en la recolección de energía procedente de fuentes ambientales.
En conjunto, la lámina híbrida sol-lluvia diseñada en Sevilla refuerza la línea de investigación europea orientada a crear sistemas electrónicos autónomos y robustos preparados para operar al aire libre. Al combinar protección, generación fotovoltaica y conversión triboeléctrica en un mismo recubrimiento ultrafino, esta tecnología abre la puerta a nuevos formatos de paneles híbridos —a menudo denominados rain panels— y a soluciones energéticas más adaptadas a un clima cambiante, donde el sol y la lluvia pueden dejar de ser vistos como opuestos para convertirse en aliados a la hora de producir electricidad.
