Descripción general
En 2018, los sistemas de refrigeración tradicionales representaron el 15 % del consumo eléctrico global, produciendo el 10 % de las emisiones CO2, y se espera que crezca al 45 % en 2050. El enfriamiento radiativo es una tecnología prometedora para reducir el consumo de energía de los procesos de refrigeración. Se basa en la diferencia de temperatura entre el ambiente terrestre (300 K) y el espacio profundo (3 K), lo que permite enfriar la superficie terrestre emitiendo radiación térmica a través de la atmósfera, que presenta una ventana de transparencia en el rango de longitud de onda de 8-13 micras. Durante varias décadas, el enfriamiento radiativo diurno ha sido un desafío, ya que se requiere que los materiales no solo tengan una alta emisividad en la ventana atmosférica, sino que también deben tener una baja absorción en el espectro solar (0.3-2.5 um).
Con la aparición de nuevas clases de materiales nanofotónicos, el enfriamiento radiativo diurno es una posibilidad, abriendo su uso a una variedad de aplicaciones: enfriamiento de edificios, células solares más eficientes, enfriamiento para máquinas de aire acondicionado, generación de agua a partir del rocío, o incluso disminución de la temperatura de la superficie terrestre. Aparte de la dependencia espectral, la transparencia atmosférica también se ve afectada por otros factores como el ángulo cenital, que puede minimizarla hasta en un 50% para ángulos de 60º. Por lo tanto, es deseable señalar hacia el cenit (es decir, ángulos cenitales pequeños).
Desafíos
Este proyecto investiga nuevos diseños ópticos orientados al cenit con el objetivo de mejorar la eficiencia de los sistemas de enfriamiento radiativo. Gracias a este avance, se desarrollará un dispositivo capaz de demostrar experimentalmente un rendimiento de enfriamiento hasta un 20 % superior al de las soluciones actuales.
- Diseño de una estructura óptica para aumentar la potencia de enfriamiento radiativo mediante la restricción del ángulo cenital.
- Desarrollo y validación experimental de un prototipo. Fabricación de los diferentes componentes de un sistema de refrigeración para fluidos por enfriamiento radiativo, su montaje y evaluación del rendimiento
- Diagnóstico de aplicaciones adecuadas para enfriamiento radiativo con concentración óptica.
Soluciones
Los resultados del proyecto tienen un impacto directo en la sociedad, contribuyendo a los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) 7 y 13 de Naciones Unidas, disminuyendo los precios al consumidor con energía más limpia y reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero.
El impacto científico de esta propuesta se desarrolla en tres aspectos principales: descarbonización, transición energética y protección de los recursos naturales. Gracias al aumento del sistema óptico, la disminución de la temperatura puede obtenerse de una fuente distinta a los combustibles fósiles, ayudando a descarbonizar el medio ambiente. También promueve la transición energética, favoreciendo el desarrollo de los sistemas de energía solar, que tiene un futuro prometedor en España por su alto recurso solar. Finalmente, al ser aplicable en procesos de refrigeración industrial y generación de agua, apoya el desarrollo de ecosistemas sostenibles, eficientes, limpios y seguros.
El enfriamiento radiativo contribuye a la mejora de diferentes campos de aplicación, como la energía solar (fotovoltaica y térmica), la refrigeración de edificios y procesos, o la generación de agua, creando trabajo en diferentes campos: diseños ópticos, fabricación de prototipos, montaje en industrias o mantenimiento de dispositivos. Los resultados del proyecto ayudan a impulsar la competitividad española en diferentes áreas de tecnología y conocimiento dentro del diseño óptico.
Resultados
En el desarrollo del proyecto, el CeDInt-UPM ha llevado a cabo una destacada labor de difusión, validación científica e impacto internacional, contribuyendo de forma directa al cumplimiento de los objetivos de excelencia investigadora exigidos en el marco de la financiación pública. Los resultados obtenidos han sido presentados en tres congresos internacionales de reconocido prestigio, lo que ha permitido su evaluación por la comunidad científica y ha reforzado la visibilidad internacional del proyecto.
En concreto, se presentó el trabajo “Optics Designs to Improve Radiative Cooling for Enhancing Energy Harvesting of IoT Devices” en la 9th International Conference on Renewable Energy and Conservation (ICREC), celebrada del 21 al 23 de noviembre de 2025 en Florencia (Italia), con autoría de Guillermo del Campo, Edgar Saavedra, Igor Gómez y Asunción Santamaría. Asimismo, en el marco de la IEEE Sustainable Smart Lighting World Conference (LS), celebrada del 8 al 10 de diciembre de 2025 en Monastir (Túnez), se presentaron los trabajos “Radiative Cooling for Enhanced Efficiency in Outdoor LED Lighting Systems” y “Implementation of a Smart Lighting System Based on IoT Networks at the PTC Waste Management Facility in Madrid”, ambos firmados por Guillermo del Campo, Edgar Saavedra, Igor Gómez y Asunción Santamaría.
De manera complementaria, y en coherencia con los objetivos de generación de conocimiento científico de alto impacto, se han publicado dos artículos en revistas científicas indexadas. El artículo “Radiative Cooling Techniques for Efficient Urban Lighting and IoT Energy Harvesting” ha sido publicado por la revista Applied Sciences, mientras que “Non-Imaging Optics as Radiative Cooling Enhancers: An Empirical Performance Characterization” ha sido publicado por la revista Urban Science. Ambos trabajos están firmados por Edgar Saavedra, Guillermo del Campo, Igor Gómez, Juan Carrero y Asunción Santamaría.
Estas actuaciones evidencian el grado de madurez tecnológica del proyecto, así como su alineación con los objetivos de impacto científico, sostenibilidad energética y transferencia de resultados.
Las mediciones obtenidas pueden ser consultadas contactándonos.