Un innovador dispositivo solar híbrido que combina un panel fotovoltaico y almacenamiento de energía ha alcanzado niveles récord de eficiencia de almacenamiento de energía para dicho dispositivo. Y a diferencia de las baterías convencionales, el dispositivo molecular de almacenamiento de energía solar térmica (MOST) no depende de materiales escasos.
El “sistema híbrido solar” combina paneles fotovoltaicos (PV) y un sistema de almacenamiento de energía en un solo dispositivo. Pero desarrollar un dispositivo de este tipo implica superar un par de desafíos clave para garantizar que el sistema funcione de manera eficiente. Uno es el efecto de la radiación solar, que hace que la temperatura del panel aumente y, de manera algo contraintuitiva, resulta en una disminución del 10% al 25% en la eficiencia de las células fotovoltaicas. Otra es que las tecnologías actuales de almacenamiento de energía, como las baterías, dependen de materiales escasos e insostenibles.
Sin embargo, investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia y la Universitat Politècnica de Catalunya – Barcelona Tech, España, han ideado un novedoso dispositivo híbrido que aborda ambas cuestiones y al mismo tiempo maximiza la utilización de la energía solar y logra una eficiencia récord en el almacenamiento de energía.
Los sistemas fotovoltaicos basados en silicio se han convertido en la tecnología de energía solar dominante por una buena razón. El silicio abunda y su uso para fabricar módulos fotovoltaicos es rentable, escalable y ambientalmente sostenible. Los sistemas fotovoltaicos basados en silicio también son muy eficientes a la hora de convertir la luz solar en electricidad. Sin embargo, siguen siendo propensos a sobrecalentarse, lo que provoca ineficiencia.
Diagrama de los componentes del nuevo dispositivo solar híbrido
Wang y cols.
Así, los investigadores se apartaron del método tradicional de combinar una capa absorbente térmica con una célula fotovoltaica y combinaron una célula solar de silicio con un innovador sistema molecular de almacenamiento de energía solar térmica, abreviado como MOST. El sistema se coloca encima de la celda fotovoltaica y contiene moléculas orgánicas que fluyen a través de un chip de microfluidos que puede almacenar la luz solar como energía química mediante el proceso de fotoisomerización. Una fotorreacción común, la fotoisomerización, es donde una molécula orgánica cambia su estructura al exponerse a la luz.
Volviendo a los conceptos básicos de la física, los fotones son pequeños paquetes de luz que representan todo el espectro de la radiación electromagnética. Los fotones viajan en un patrón ondulatorio, desde ondas de radio de baja energía hasta ondas de energía que producen luz visible y ondas de mayor energía como la luz ultravioleta.
Cuando las moléculas orgánicas de MOST se irradian con fotones de alta energía o partículas de luz, como la luz ultravioleta, sufren una transformación química, almacenando la energía creada para su uso posterior. Además, estas moléculas enfrían la celda fotovoltaica actuando como un filtro óptico que bloquea los fotones que normalmente harían que la celda se calentara y redujera la eficiencia. De esta forma, el sistema MOST permite tanto la generación de electricidad como el almacenamiento de energía química.
Infografía del espectro electromagnético.
Los investigadores probaron el nuevo dispositivo en escenarios del mundo real, orientándolo manualmente hacia el sol entre las 9 am y las 3 pm de un día otoñal de noviembre en Barcelona de 2022 que alcanzó una temperatura máxima de alrededor de 39 °C. El nuevo dispositivo logró una eficiencia de almacenamiento solar del 2,3%, la eficiencia de energía solar térmica molecular más alta registrada hasta la fecha. También redujo la temperatura de las células fotovoltaicas hasta 8 °C (14 °F), reduciendo las pérdidas de energía debido al calor y aumentando la eficiencia de conversión de energía en un 12,6 %. La utilización total de energía solar aumentó hasta el 14,9%.
Desde el punto de vista de la sostenibilidad, el sistema MOST no sólo aumenta la eficiencia energética para reducir la dependencia de combustibles fósiles, sino que también utiliza elementos comunes como carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno en lugar de materiales escasos (y caros) como el litio y el cobalto. y níquel, que normalmente se utilizan para fabricar baterías.
“A pesar del potencial para una mayor optimización, este desarrollo es un paso significativo hacia una tecnología de almacenamiento de energía de larga duración que complementa los sistemas fotovoltaicos”, dijeron los investigadores.
Se ha demostrado que el sistema MOST dura más de 1000 ciclos de carga/descarga con una degradación mínima, lo que significa que sería factible que el sistema funcionara de forma continua durante meses. Los investigadores esperan que su dispositivo híbrido aborde la creciente necesidad de energía limpia y almacenamiento eficiente a medida que nos alejamos de los combustibles fósiles.
El estudio fue publicado en la revista Joule.
Fuente: UPC
