Un grupo de investigadores liderado por la Universidad de Catar ha desarrollado un módulo fotovoltaico esférico que utiliza reflectores para aumentar la captación de energía solar.

“Desarrollamos y demostramos experimentalmente un prototipo fotovoltaico esférico práctico a escala de módulo, compuesto por 450 células solares monofaciales de silicio distribuidas sobre un sustrato esférico de 0,70 m de diámetro e integrado con una base reflectante”, declaró a pv magazine el autor correspondiente Amith Khandakar. “A diferencia de los módulos fotovoltaicos planos convencionales, que tienen una única orientación superficial dominante, la geometría esférica distribuye las células fotovoltaicas en un rango continuo de ángulos de inclinación y azimut. En comparación con otras geometrías no planas, como las configuraciones cilíndricas o cónicas, la esfera no tiene una dirección azimutal preferente, lo que ofrece un enfoque distintivo para captar la radiación solar a medida que cambia la posición del sol a lo largo del día sin seguimiento mecánico”.

Una innovación clave es la integración de un reflector en forma de cuenco hemisférico con la geometría fotovoltaica esférica. El reflector redirige hacia distintas regiones de la superficie esférica la radiación incidente que, de otro modo, no sería aprovechada. “En nuestras simulaciones, añadir el reflector incrementó el rendimiento energético del módulo esférico aproximadamente un 71% en comparación con la misma configuración esférica sin reflector”, continuó Khandakar. “Nuestro trabajo combina esta geometría fotovoltaica tridimensional con un marco numérico sensible a la geometría que evalúa la irradiancia dependiente de la orientación sobre la superficie esférica y la traduce en una producción eléctrica corregida por temperatura”.

“En términos generales, la novedad de la tecnología propuesta radica en combinar una arquitectura fotovoltaica totalmente esférica, captación de irradiancia asistida por reflector, modelización del rendimiento sensible a la geometría y un prototipo físicamente fabricado y probado en exteriores dentro de un único marco”, afirmó también.

En el artículo “Reflector-assisted spherical photovoltaic module for solar energy harvesting” (Módulo fotovoltaico esférico asistido por reflector para la captación de energía solar), publicado en Solar Energy, el equipo de investigación explicó que las posibles aplicaciones del nuevo módulo incluirían orientaciones no óptimas, bajas elevaciones solares, sistemas integrados en edificios, instalaciones móviles o con restricciones de orientación y lugares con acceso limitado para limpieza.

El prototipo fotovoltaico esférico asistido por reflector utilizó células de 52 mm × 52 mm sin vidrio comercial ni encapsulado completo. Se conectaron en serie y se montaron sobre un núcleo esférico opaco de espuma de poliestireno. Aproximadamente el 80% de la superficie esférica estaba cubierta por células activas, mientras que el resto se destinó al cableado, las interconexiones y el espaciado mecánico. Un reflector hemisférico de aluminio pulido formó parte integral del diseño y dirigió la luz reflejada hacia el hemisferio inferior sin añadir células fotovoltaicas. El reflector tenía un albedo efectivo de 0,95, una separación radial de 0,40 m y un área reflectante aproximada de 3,07 m². El conjunto completo asistido por reflector ocupaba una superficie proyectada sobre el suelo estimada en 1,74 m².

“Este concepto no se evaluó únicamente mediante simulación. Se llevó a cabo un experimento de prueba de concepto en exteriores durante nueve días utilizando un sistema de monitoreo basado en ESP32 para registrar voltaje, corriente, potencia, temperatura superficial y parámetros ambientales”, dijo Khandakar.

Mediante las simulaciones y las pruebas, el rendimiento del módulo esférico se comparó con el de un panel plano de referencia con una inclinación fija de 25° orientado al sur bajo las condiciones de Doha.

Según el equipo de investigación, la prueba de nueve días en exteriores confirmó la operabilidad del prototipo fotovoltaico esférico, con el sistema generando 183,17 Wh en condiciones exteriores distintas de las STC y mostrando una respuesta eléctrica “clara” dependiente de la irradiancia. Después de nueve días sin limpieza, el prototipo esférico también pudo conservar aproximadamente el 92% de su producción inicial, lo que sugiere una posible tolerancia a la suciedad, aunque no se realizaron mediciones cuantitativas de polvo.

“Los perfiles medidos siguieron la tendencia diaria esperada de disponibilidad solar y, por lo tanto, proporcionan un respaldo experimental útil al comportamiento cualitativo previsto por el modelo sensible a la geometría”, destacaron los científicos. “También se registraron observaciones preliminares de la temperatura superficial mediante infrarrojos. Sin embargo, debido a que la velocidad del viento y los parámetros de medición IR no se caracterizaron completamente, estas mediciones se presentan únicamente como tendencias térmicas indicativas y no como evidencia de una ventaja térmica confirmada”.

En cuanto a la simulación, mostró que durante el período junio-agosto de 2025 la esfera asistida por reflector generó 113,0 kWh/módulo, frente a 105,3 kWh/módulo de la referencia plana, un aumento del 7,3%.

Una simulación optimizada posterior de año completo invirtió la ventaja observada durante el período seleccionado: la esfera asistida por reflector generó 405,5 kWh/año frente a aproximadamente 425,0 kWh/año de la referencia plana. También mostró que la esfera superó a la referencia plana únicamente en 4 de los 12 meses, lo que demuestra que su principal beneficio es una respuesta direccional más amplia, más que un rendimiento energético anual consistentemente superior.

Bajo supuestos económicos preliminares, también se determinó que el sistema esférico tenía un LCOE estimado de 0,0424 dólares/kWh frente a 0,0320 dólares/kWh de la referencia plana, aproximadamente un 32,5% superior. En términos generales, los resultados establecen la operabilidad en exteriores y un importante beneficio óptico relacionado con el reflector, pero todavía no demuestran un rendimiento anual de energía, térmico, frente a la suciedad o económico superior.

“El presente trabajo establece una base práctica a escala de prototipo para el desarrollo de la fotovoltaica esférica e identifica las principales mejoras de diseño necesarias para una futura optimización, entre ellas encapsulado protector, medición calibrada de irradiancia, evaluación cuantitativa de la suciedad, pruebas de durabilidad y validación a más largo plazo en exteriores”, concluyeron los académicos.