AUTOR:

María Isabel Cano Linares

CENTRO:

IES Santo Domingo de El Ejido (Almería)

EMAIL:

mcanlin165@g.educaand.es

DESCRIPCIÓN:

La sociedad actual se enfrenta a dos grandes desafíos: la búsqueda de fuentes de energía renovables y sostenibles, y la gestión adecuada de los residuos. En El Ejido, la agricultura bajo plástico (invernaderos) genera grandes cantidades de restos vegetales que suelen ser tratados como desechos. Sin embargo, estos residuos contienen pigmentos naturales (clorofilas, antocianinas y carotenoides) que pueden aprovecharse para captar energía solar en células fotovoltaicas experimentales conocidas como células solares de Graetzel.

La creciente demanda de fuentes de energía renovable ha impulsado el desarrollo de tecnologías sostenibles para la generación de electricidad. Entre ellas, las celdas solares sensibilizadas por colorante (DSSC, por sus siglas en inglés) —también conocidas como celdas Graetzel (O’Regan & Grätzel, 1991; Nazeeruddin, Baranoff & Grätzel, 2001; Grätzel, 2011; Hagfeldt et al., 2010)— han recibido atención debido a su bajo costo de fabricación, flexibilidad y capacidad de operar en condiciones de baja iluminación.

Una célula solar Graetzel imita el proceso de fotosíntesis para convertir la luz solar en electricidad. Su funcionamiento puede describirse en los siguientes pasos:

1. Absorción de luz: Un colorante orgánico o inorgánico (sensibilizador) depositado sobre un semiconductor nanoporoso, típicamente dióxido de titanio (TiO₂), absorbe los fotones de la luz solar.
2. Inyección de electrones: Tras absorber la luz, el colorante se excita y transfiere rápidamente un electrón a la banda de conducción del TiO₂, quedando oxidado.
3. Transporte de electrones: Los electrones viajan a través de la red nanoporosa hasta el electrodo colector (ánodo), generalmente un vidrio conductor transparente (ITO).
4. Regeneración del colorante: El colorante oxidado se regenera al recibir un electrón del electrolito, que contiene un par redox, comúnmente yoduro/triyoduro (I⁻/I₃⁻).
5. Transporte de iones: Los iones I₃⁻ se difunden a través del electrolito hasta el contraelectrodo (cátodo), usualmente de platino o carbono.
6. Recolección de electrones y reducción del electrolito: En el cátodo, los electrones del circuito externo reducen el I₃⁻ a I⁻, completando el ciclo redox y permitiendo la continuidad del proceso.

A diferencia de las celdas solares de silicio convencionales (Green, 2003; Goetzberger, Knobloch & Voss, 1998), las DSSCs utilizan materiales más accesibles y requieren un proceso de fabricación menos intensivo en energía, lo que las convierte en una alternativa prometedora para la generación de energía limpia.

En este trabajo se pretende comparar ambos tipos de celdas: las tradicionales de silicio y las Graetzel, con el fin de analizar los factores que influyen en su eficiencia energética y evaluar su viabilidad como tecnología renovable.

Aunque la comercialización masiva de las DSSCs aún está en desarrollo frente a las celdas de silicio, existen numerosos proyectos de investigación nacionales e internacionales centrados en mejorar su eficiencia, estabilidad y viabilidad comercial.

Entre los proyectos internacionales destacan iniciativas financiadas por la Unión Europea, como Horizonte 2020, y otros registrados en la base de datos CORDIS utilizando términos clave como «dye-sensitized solar cells» o «Graetzel cells». Investigaciones en universidades y centros de países como Suiza, Australia, Corea del Sur, China y Estados Unidos se enfocan en nuevos materiales (colorantes, nanomateriales para electrodos, electrolitos), optimización de arquitecturas de celdas y exploración de aplicaciones innovadoras.

A nivel nacional, proyectos financiados por el Plan Nacional de I+D+i y varios grupos de investigación en universidades españolas estudian la fotovoltaica avanzada, incluyendo DSSCs. Sus trabajos abarcan desde la síntesis de nuevos materiales hasta el desarrollo de prototipos y evaluación de su rendimiento.

La importancia de este proyecto para el alumnado radica en que le permite comprender:

1. La reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI): La sustitución de fuentes energéticas basadas en combustibles fósiles por la generación eléctrica mediante células Graetzel, las cuales podrían ser más eficientes que las celdas tradicionales de silicio, y reducir el impacto ambiental de la extracción de minerales para la fabricación de estas últimas (MITECO, 2023; International Energy Agency, 2023).
2. El aprovechamiento de residuos orgánicos generados en invernaderos: Se busca utilizar pigmentos extraídos de residuos vegetales producidos en invernaderos (como restos de hojas y frutos no comercializables) para fabricar células solares tipo Graetzel. Esta estrategia no solo contribuye a la valorización de residuos orgánicos, sino que también reduce la generación de desechos, minimiza la contaminación asociada a su gestión y genera un beneficio económico adicional para el sector agrícola.

Asimismo, se alinea con varios Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 de las Naciones Unidas:

-ODS 4: Educación de calidad: Fomenta el aprendizaje práctico e interdisciplinario en áreas STEM.

-ODS 7: Energía asequible y no contaminante: Contribuye al desarrollo de tecnologías solares más eficientes y sostenibles.

-ODS 9: Industria, innovación e infraestructura: Impulsa la innovación y el avance tecnológico en el sector energético.

– ODS 13: Acción por el clima: Promueve la reducción de emisiones de GEI y la mitigación del cambio climático.

En el marco de la Ley Orgánica 3/2020, de 29 de diciembre, de Modificación de la Ley Orgánica 2/2006, de 3 de mayo, de Educación (LOMLOE), el proyecto se ha desarrollado considerando un conjunto de competencias y saberes básicos que se detallan a continuación:

-Competencias:

a)  Competencia matemática y competencia en ciencia, tecnología e ingeniería (STEM):

• Aplicación directa de conocimientos científicos (Biología, Química y Física) y tecnológicos (energías renovables).
• Fomento de la investigación y del pensamiento científico para la resolución de problemas reales, como la eficiencia energética y la contaminación por especies invasoras.
• Análisis de datos, cálculo de eficiencia energética y determinación de concentraciones de
• Aplicación de conceptos físico-químicos, tales como energía, luz y transferencia electrónica.

b) Competencia digital (CD):

• Uso de tecnologías para la investigación, documentación, diseño y presentación del

c) Competencia personal, social y de aprender a aprender (CPSAA):

• Desarrollo del pensamiento crítico y
• Fomento del aprendizaje autónomo y la investigación individual o

d) Competencia emprendedora (CE):

• Identificación de oportunidades para aplicar la ciencia de manera
• Planificación autónoma del desarrollo del
• Gestión eficiente del tiempo y de los recursos
• Búsqueda de soluciones creativas frente a posibles obstáculos.

e) Competencia en comunicación lingüística (CCL):

• Presentación de los resultados de forma clara y coherente, tanto oral como
• Uso de un lenguaje adecuado para la comunicación de ideas científicas y tecnológicas.

f) Competencia plurilingüe (CP):

• Consulta y utilización de bibliografía en diferentes

g)  Competencia ciudadana (CC):

• Conciencia sobre la importancia de las energías renovables para la
• Reflexión sobre el impacto ambiental de la minería, la contaminación y la presencia de especies invasoras.
• Fomento de actitudes sostenibles y

h) Competencia en conciencia y expresión culturales (CCEC):

• Posibilidad de divulgar el proyecto con creatividad mediante infografías, maquetas o
• Desarrollo de una mirada crítica ante problemas sociales y

 

-Saberes básicos relacionados (ESO y Bachillerato):

 

Biología y Geología:

• Ecosistemas y medio ambiente: estudio del impacto de las especies
• Sostenibilidad: soluciones basadas en la naturaleza para problemas
• Diversidad biológica: identificación, características y uso potencial de organismos como las algas.

 

 

Física y Química:

• Transformaciones energéticas: aprovechamiento de la energía solar mediante reacciones fotoquímicas.
• Propiedades de los materiales: uso de pigmentos naturales, semiconductores y sustancias químicas sostenibles.
• Reacciones químicas: procesos de oxidación-reducción implicados en las células

 

Tecnología y digitalización:

• Energías renovables: diseño y funcionamiento de dispositivos como las células
• Innovación y sostenibilidad: búsqueda de materiales alternativos a los
• Procesos tecnológicos: planificación, diseño, desarrollo, evaluación y presentación de un proyecto científico-técnico.

Para alumnado con altas capacidades, el proyecto ofrece:

• Profundización conceptual: se abordarán contenidos de nivel universitario básico, como la física de semiconductores, la química de los colorantes naturales y los mecanismos fotoelectroquímicos.
• Ampliación metodológica: se aplicarán técnicas de laboratorio avanzadas (extracción con solventes, cromatografía etc.).
• Proyección social: los resultados se presentarán en jornadas científicas locales y en plataformas digitales de divulgación.
• Conexión interdisciplinar: se integran saberes de Física, Química, Biología y Tecnología, permitiendo al alumnado percibir la ciencia como un todo interrelacionado.

La propuesta, además, promueve el desarrollo integral del alumnado al implicarlos en un reto auténtico, innovador y con impacto directo en su comunidad.

Referencias:

-European Commission. (s.f.). CORDIS: EU research results. https://cordis.europa.eu/

-Goetzberger, A., Knobloch, J., & Voss, B. (1998). Photovoltaic solar energy generation. Springer.

-Gong, J., Liang, Z., & Sumathy, K. (2012). Review on dye-sensitized solar cells (DSSCs). Renewable          and       Sustainable                        Energy     Reviews,            16(8),           5848–5860. https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.05.007

-Green, M. A. (2003). Third generation photovoltaics: Advanced solar energy conversion. Springer.

-Grätzel, M. (2011). Dye-sensitized solar cells. Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, 4(2), 145–153. https://doi.org/10.1016/j.jphotochemrev.2011.04.001

-Hagfeldt, A., Boschloo, G., Sun, L., Kloo, L., & Pettersson, H. (2010). Dye-sensitized solar cells. Chemical Reviews, 110(11), 6595–6663. https://doi.org/10.1021/cr900356p

-International        Energy        Agency.        (2023).       World       energy        outlook       2023.https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2023

-MITECO. (2023). Inventario nacional de emisiones de gases de efecto invernadero. Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico

ENLACE:

DESCARGA:

https://aciertas.org/wp-content/uploads/Proyecto-Inverlight.pdf