Revista Fotovoltaica

El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) tiene una larga trayectoria en la fabricación de células solares que capturan la luz del sol con una eficiencia récord. Pero el sol no es la única fuente de luz a partir de la cual la energía fotovoltaica puede capturar energía. Los objetos calientes también emiten luz (normalmente en longitudes de onda más largas y de menor energía) y las termofotovoltaicas (TPV) son células fotovoltaicas optimizadas para capturar esa luz.

La nueva célula fotovoltaica desarrollada por NREL supera con creces el anterior récord mundial de eficiencia de TPV de 32. El nuevo dispositivo, desarrollado en colaboración con el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) para demostrar conceptos de almacenamiento de energía eléctrica, se describe en un artículo de la revista Nature.

El dispositivo desarrollado por el equipo de NREL/MIT consta de dos capas absorbentes de luz sostenidas por una capa de espejo dorado altamente reflectante y un disipador de calor. El disipador de calor evita que la batería se caliente demasiado, lo que puede provocar una pérdida de eficiencia. Carácter adaptado con permiso de Alina LaPotin, MIT

El dispositivo de eficiencia récord está diseñado para recolectar energía de un objeto calentado a 2400 C, con una eficiencia máxima de 41,1 (1), en el rango de temperatura relevante. La eficiencia media es 36,2.

"La alta eficiencia es fundamental para la ingeniería y la viabilidad económica de los sistemas TPV, y este nuevo récord de 41 eficiencias es un gran paso para hacer realidad este concepto de almacenamiento de energía térmica en la red", afirma el artículo, dice el autor del NREL Dan Friedman.

Cabe destacar que un dispositivo TPV con una eficiencia de 40 puede convertir el calor en electricidad de manera más eficiente que las turbinas de vapor tradicionales, como las que se utilizan en las centrales de carbón o nucleares. TPV tiene el potencial de reducir costos, tener tiempos de respuesta más rápidos, ser compatible con una variedad de tamaños de sistemas (desde vatios hasta gigavatios) y tener costos de mantenimiento más bajos debido a que tiene menos piezas móviles.

Las células TPV también están optimizadas para funcionar con fuentes de calor superiores a 2.000 C, lo que es demasiado para las turbinas de vapor tradicionales. El gas natural y el hidrógeno se pueden quemar a estas temperaturas, pero quizás lo más importante es que se ha previsto que sistemas de almacenamiento de energía térmica a gran escala y de bajo costo funcionen a estas temperaturas.

Los sistemas de almacenamiento térmico en red funcionan como baterías, absorbiendo electricidad y convirtiéndola en calor a alta temperatura para su almacenamiento (piense en una tostadora gigante). Luego, el TPV convierte el calor nuevamente en electricidad cuando es necesario, proporcionando energía limpia bajo demanda y de bajo costo. El dispositivo TPV creado por el equipo, demostrado previamente en un gran proyecto conjunto con el MIT, puede representar un hito clave para hacer que el almacenamiento de energía limpia sea rentable y escalable.

El dispositivo TPV de 41 eficiencias es una célula en tándem, un dispositivo fotovoltaico que consta de dos capas absorbentes de luz apiladas una encima de otra, cada una optimizada para absorber longitudes de onda de luz ligeramente diferentes. El equipo logró esta eficiencia récord mediante el uso de celdas de alto rendimiento optimizadas para absorber luz infrarroja de mayor energía en comparación con diseños de TPV anteriores. Este diseño se basa en trabajos anteriores del equipo de NREL.

Otra característica clave del diseño que conduce a una alta eficiencia es el espejo dorado altamente reflectante en la parte posterior de la celda. La mayor parte de la luz infrarroja emitida tiene una longitud de onda más larga (de menor energía) de la que puede absorber la capa activa de la célula. Este reflector trasero refleja el 93% de la luz no absorbida hacia el emisor, donde se reabsorbe y se reemite, aumentando así la eficiencia general del sistema. Aumentar aún más la reflectividad de los retrorreflectores podría impulsar futuras eficiencias de TPV hacia 50 o más.