Un equipo de ingenieros utiliza técnicas constructivas de la antigua China para crear tejas energéticamente eficientes gracias a la energía solar

Solemos admirar la arquitectura tradicional por su estética, su buena conservación o su interés histórico, pero ¿y si también nos ayudara a vivir mejor en el presente? En un contexto contemporáneo marcado por el elevado consumo energético de los edificios y la urgente necesidad de aprovechar las fuentes renovables, un grupo de ingenieros de la Universidad de Shenzhen ha recuperado el legado constructivo de la antigua China. En un trabajo publicado en Advanced Composites and Hybrid Materials, los expertos demuestran que la sabiduría arquitectónica ancestral puede incorporarse al desarrollo de materiales avanzados para crear sistemas capaces de generar electricidad y, al mismo tiempo, actuar como sensores de incendios.

Durante siglos, el diseño de cubiertas con tejas curvas superpuestas permitió optimizar la captación solar y la disipación térmica, anticipando conceptos centrales de la ingeniería sostenible actual. El nuevo enfoque híbrido propone una nueva generación de “tejas inteligentes” que, inspiradas en las arquitecturas de Oriente, transforman la radiación solar en energía eléctrica mediante dispositivos termoeléctricos integrados directamente en el tejado.

La sabiduría constructiva oriental reinterpretada por la ingeniería moderna

Las cubiertas tradicionales del este asiático se caracterizan por una disposición solapada, una pronunciada inclinación y superficies curvas. Esta geometría, que crea microgradientes térmicos naturales, favorece tanto la absorción de la luz solar como la rápida evacuación del calor y la humedad.

Inspirándose en este principio, los investigadores diseñaron dispositivos termoeléctricos con forma de teja. Cada unidad reproduce el patrón de los tejados antiguos, de manera que la cara superior se calienta bajo el sol mientras la inferior permanece relativamente fría.

Esa diferencia de temperatura, clave para el buen funcionamiento termoeléctrico, se ve amplificada gracias a la propia arquitectura del sistema. De este modo, el diseño estructural deja de ser un mero soporte para convertirse en parte activa del proceso energético.

Materiales de base biológica para una conversión térmica eficiente

La esencia tecnológica del sistema se basa en el uso de películas compuestas por nanotubos de carbono de pared simple y lignina, un polímero natural derivado de la biomasa. La incorporación de lignina no solo mejora el rendimiento termoeléctrico, sino que también potencia la conversión fototérmica del material.

Estas películas presentan una fuerte absorción en el rango visible e infrarrojo cercano, coincidente con el espectro solar. Sometidas a irradiación simulada, alcanzan temperaturas de hasta 55 °C con una sola luz solar estándar, y hasta 85 °C cuando la intensidad se duplica. Por otro lado, los ingenieros han verificado que el compuesto muestra una estabilidad mecánica sobresaliente. Incluso tras cientos de ciclos de flexión, sus propiedades eléctricas permanecen prácticamente inalteradas. Este grado de resistencia resulta esencial en los materiales usados para aplicaciones arquitectónicas sometidas a tensiones ambientales continuas.

Tejas termoeléctricas: del tejado tradicional al generador solar

Cada dispositivo se compone de varias “patas” termoeléctricas conectadas en serie y encapsuladas en una estructura que imita una teja oriental. El modelo más avanzado está formado por veinte elementos activos y genera una diferencia térmica cercana a 60 K bajo irradiación solar.

En esas condiciones, el generador alcanza un voltaje de circuito abierto de 60 mV y una potencia máxima de salida de 11,9 μW. Aunque estas cifras puedan parecer modestas, demuestran la viabilidad de recolectar energía directamente desde las superficies arquitectónicas, sin necesidad de recurrir a paneles fotovoltaicos convencionales. El diseño, por tanto, permitiría crear cubiertas capaces de alimentar sensores, sistemas de monitorización o pequeños dispositivos electrónicos de forma autónoma.

Arquitectura activa y edificios que producen electricidad

Más allá del rendimiento individual de las tejas, el valor del proyecto radica en su integración estructural. Las tejas termoeléctricas se conciben como elementos constructivos reales y no como añadidos externos. Así, el propio tejado se transforma en una infraestructura energética, capaz de aprovechar la radiación solar y los gradientes térmicos ambientales para generar electricidad.

Este planteamiento resulta especialmente atractivo para los edificios históricos o de inspiración tradicional, donde la instalación de paneles modernos suele resultar visualmente intrusiva. Al reproducir la estética original, las nuevas tejas permiten conservar la identidad arquitectónica mientras se incorporan funciones avanzadas. Desde una perspectiva urbana, el sistema ofrece un modelo de generación descentralizada que podría contribuir a reducir la carga energética de barrios enteros.

Un sistema dual: energía solar y alerta temprana de incendios

El segundo gran aporte del proyecto es la función de detección térmica. En los casos en los que la temperatura aumenta bruscamente, como ocurre durante un incendio, el dispositivo genera un voltaje proporcional al gradiente térmico. Cuando ese voltaje supera un umbral predefinido, el sistema activa una alarma de forma automática. Las pruebas muestran tiempos de respuesta extremadamente rápidos. En el dispositivo de veinte patas, la señal de advertencia se activa en apenas 0,16 segundos a 300 °C. Supera, por tanto, el rendimiento de muchos sensores actuales. Además, el sistema puede integrarse con módulos inalámbricos que transmiten la alerta directamente a teléfonos móviles u otros dispositivos.

La combinación de las funciones de captación energética y de detección de incendios resulta especialmente relevante para edificios históricos. Muchas construcciones tradicionales asiáticas, además de carecer de sistemas modernos de monitorización, están fabricadas con madera y otros materiales sensibles al fuego. Estas tejas termoeléctricas podrían ofrecer una solución discreta para proteger templos, palacios y viviendas antiguas al tiempo que proporcionan energía sin alterar su apariencia.

Protección del patrimonio y nuevas vías para la arquitectura sostenible

El trabajo desarrollado en Shenzhen demuestra que la innovación tecnológica no siempre exige romper con el pasado. Al reinterpretar el diseño de las tejas de la arquitectura tradicional china mediante el uso de materiales avanzados, los investigadores han creado un sistema capaz de generar electricidad solar y, al mismo tiempo, de actuar como detector ultrarrápido de incendios. Esta convergencia entre arquitectura tradicional, biomateriales y tecnología termoeléctrica abre un camino prometedor para crear edificios verdaderamente inteligentes.