Investigadores del MIT y del NREL han descubierto una nueva celda termofotovoltaica (TPV) que convierte el calor en electricidad con un rendimiento superior al 40%, casi a la par que una turbina de vapor de las centrales eléctricas tradicionales. Las celdas pueden utilizarse en “baterías térmicas” a escala de red, generando energía de forma fiable y sin piezas móviles.
Las celdas termofotovoltaicas funcionan calentando los materiales semiconductores lo suficiente como para aumentar considerablemente la energía de los fotones. A energías suficientemente altas, esos fotones pueden lanzar un electrón a través del “bandgap” del material, generando electricidad. Hasta ahora, las celdas TPV sólo han alcanzado un 32% de eficiencia porque funcionan a temperaturas más bajas.
En cambio, el nuevo diseño del MIT y del National Renewable Energy Laboratory (NREL) obtiene la energía de fuentes de calor al rojo vivo de entre 1.900 y 2.400 grados Celsius (3.452 a 4.352 grados F). Para ello, utiliza aleaciones metálicas de “alto bando” asentadas sobre una aleación de bando ligeramente inferior.
La capa de alto bando captura los fotones de mayor energía de una fuente de calor y los convierte en electricidad, mientras que los fotones de menor energía atraviesan la primera capa y se suman a la tensión. Los fotones que atraviesan las dos capas son reflejados por un espejo hacia la fuente de calor para evitar el desperdicio de energía.
“Se trata de un paso absolutamente crítico en el camino hacia la proliferación de las energías renovables y la consecución de una red totalmente descarbonizada”, dice dice Asegun Henry, profesor del MIT.
Al medir la eficiencia mediante un sensor de flujo térmico, el equipo descubrió que la potencia variaba con la temperatura. Entre 1.900 y 2.400 grados Celsius, el nuevo diseño de TPV producía electricidad con una eficiencia de alrededor del 40%.
Una turbina de vapor puede ofrecer el mismo rendimiento, pero es mucho más complicada y se limita a temperaturas más bajas. “Una de las ventajas de los convertidores de energía de estado sólido es que pueden funcionar a temperaturas más elevadas con menores costes de mantenimiento porque no tienen piezas móviles”, explicó el profesor del MIT Asegun Henry a MIT News. “Simplemente se mantienen ahí y generan electricidad de forma fiable”.
En una batería térmica a escala de red, el sistema absorbería el exceso de energía de fuentes renovables como el sol y la almacenaría en bancos de grafito caliente fuertemente aislados. Cuando fuera necesario, las celdas TPV podrían convertir ese calor en electricidad y enviarlo a la red eléctrica.
La celda experimental era de sólo un centímetro cuadrado, por lo que el equipo tendría que ampliarla a unos 3.000 metros cuadrados para obtener energía a nivel de red, pero la tecnología ya existe para crear celdas a esa escala, señala Henry.
“Las celdas termofotovoltaicas fueron el último paso clave para demostrar que las baterías térmicas son un concepto viable”, afirma. “Se trata de un paso absolutamente crítico en el camino hacia la proliferación de las energías renovables y la transición a una red totalmente descarbonizada”.
Noticia tomada de: Engaget / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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