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Energía

TR10: Células fotovoltaicas calientes

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Al convertir el calor en haces de luz concentrada, un nuevo dispositivo solar podría ofrecer una fuente de energía renovable barata, limpia y continua. La energía termofotovoltaica ya está aquí

  • por James Temple | traducido por Teresa Woods
  • 23 Febrero, 2017

Foto: Una imagen del dispositivo solar visto mediante el equipo utilizado para dirigirle la luz solar. Crédito: Ken Richardson.

Avance

Un dispositivo de energía solar que, en teoría, podría duplicar la eficiencia de las células solares convencionales

Por qué importa

Este nuevo diseño podría dar paso a una energía solar de bajo coste que sigue generándose cuando el Sol no brilla

Actores claves

- David Bierman

- Marin Soljacic y Evelyn Wang del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, EEUU)

- Vladimir Shalaev de la Universidad de Purdue (EEUU)

Disponibilidad

Entre 10 y 15 años

Los paneles solares cada vez pueblan más tejados, pero aunque han pasado décadas desde que empezó su desarrollo, estos trozos de silicio siguen siendo grandes, caros e ineficientes. Estas limitaciones tan básicas impiden que la tecnología fotovoltaica convencional absorba más que una fracción de la energía de la luz solar.

Pero un equipo de científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, EEUU) ha desarrollado un nuevo tipo de dispositivo de energía solar que capta una proporción mucho mayor de la energía del Sol. El truco consiste en, primero, convertir la luz solar en calor y después volver a este en luz, pero ahora concentrada dentro del espectro que las células solares pueden aprovechares. Aunque algunos investigadores llevan años trabajando en la llamada termofotovoltaica solar, el dispositivo del MIT es el primero que consigue aprovechar más energía que una celda fotovoltaica por sí sola. El resultado demuestra que el enfoque podría aumentar la eficiencia drásticamente.

Las células de silicio estándar captan principalmente la luz visible en el espectro del violeta y el rojo. Eso y otros factores provocan que nunca podrán ser capaces de convertir en electricidad más del aproximadamente 32% de la luz que reciben. El dispositivo del MIT aún es un prototipo y solo opera con una eficiencia del 6,8%. Pero con varias mejoras podrían llegar a hacerlos más o menos el doble de eficiente que las celdas fotovoltaicas convencionales.

El paso clave para dar con el dispositivo fue el desarrollo de algo llamado absorbedor-emisor. En esencia, actúa como un embudo de luz colocado encima de las celdas solares. La capa absorbente está hecha de nanotubos de carbono negros y sólidos que capturan toda la energía de la luz solar y convierten la mayor parte de ella en calor. Al alcanzar temperaturas de alrededor de 1.000 °C, la capa emisora adyacente irradia esa energía de nuevo en forma de luz, pero de un espectro lumínico que las células que fotovoltaicas sí pueden aprovechar. El emisor está hecho de un cristal fotónico, una estructura nanométrica que controla qué ondas de luz fluirán por ella. Otro avance crítico fue la adición de un filtro óptico altamente especializado que transmite la luz modificada al tiempo que refleja casi todos los fotones inservibles. Este "reciclaje de fotones" produce más calor, lo que a su vez genera más luz que disponible para la célula solar y, de nuevo, aumenta la eficiencia del sistema.

Foto: Nanotubos de carbono negros son colocados encima de la capa del absorbedor-emisor para cosechar energía de todo el espectro de luz solar y convertirla en calor. Crédito: Ken Richardson.

Foto: La capa del absorbedor-emisor está situada encima de un filtro óptico y una celda fotovoltaica, que se ve debajo. Crédito: Ken Richardson.

Pero el enfoque del equipo del MIT tiene alguna desventaja, como el coste relativamente alto de determinados componentes. Y de momento, solo funciona en condiciones de vacío. Sin embargo, la economía del sistema debería mejorar si consigue aumentar los niveles de eficiencia, y los investigadores ya han definido un camino para conseguirlo. La profesora adjunta del MIT Evelyn Wang, que ayudó a liderar el trabajo, afirma: "Podemos personalizar más los componentes ahora que entendemos mejor lo que necesitamos para alcanzar eficiencias mayores". Los investigadores también están explorando formas para aprovecharse de otro punto fuerte de la termofotovoltaica solar. Puesto que el calor resulta más fácil de almacenar que la electricidad, debería ser posible desviar el calor que genera el dispositivo a un sistema de almacenamiento térmico que podría generar electricidad cuando el Sol no brille. Si los investigadores logran incorporar un dispositivo de almacenamiento y aumentar los niveles de eficiencia, el sistema podría proporcionar algún día energía solar limpia, barata, y continua.

Foto: La luz concentrada por un simulador solar entra por la ventana de una cámara de vacío, donde alcanza el dispositivo termofotovoltaico y genera electricidad. Crédito: Ken Richardson.

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