Los investigadores de la Universidad Rice de Houston (EE.UU.) han descubierto una nueva forma de mejorar un elemento clave de los sistemas termofotovoltaicos (TPV), que convierten el calor en electricidad a través de la luz. Utilizando un enfoque poco convencional inspirado en la física cuántica, los científicos han diseñado un emisor térmico que puede ofrecer altas eficiencias dentro de parámetros de diseño prácticos.
La investigación podría orientar el desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía térmica, que prometen ser una alternativa asequible y a escala de red a las baterías. En términos más generales, las tecnologías de TPV eficientes podrían facilitar el crecimiento de la energía renovable, un componente esencial de la transición hacia un mundo de cero emisiones netas. Otro beneficio importante de los mejores sistemas de TPV es la recuperación del calor residual de los procesos industriales, haciéndolos más sostenibles.
Los sistemas de TPV involucran dos componentes principales: células fotovoltaicas (PV) que convierten la luz en electricidad y emisores térmicos que convierten el calor en luz. Ambos componentes tienen que funcionar bien para que el sistema sea eficiente, pero los esfuerzos para optimizarlos se han centrado más en la célula fotovoltaica.
Componentes del emisor térmico
El emisor está compuesto por una lámina de metal de tungsteno, una capa delgada de un material espaciador y una red de nanocilindros de silicio. Cuando se calientan, las capas de base acumulan radiación térmica, que puede considerarse como un baño de fotones. Los diminutos resonadores ubicados en la parte superior se comunican entre sí de una manera que les permite ‘extraer fotón por fotón’ de este baño, controlando el brillo y el ancho de banda de la luz enviada a la célula fotovoltaica.
Esta emisión selectiva maximiza la conversión de energía y permite lograr eficiencias más altas, hasta el 60%, que las que eran posibles anteriormente, operando al límite de las propiedades de los materiales. Para mejorar la eficiencia recién alcanzada del 60%, sería necesario desarrollar o descubrir nuevos materiales con mejores propiedades.
Estas mejoras podrían convertir a la TPV en una alternativa competitiva a otras tecnologías de almacenamiento y conversión de energía, como las baterías de iones de litio, en particular en escenarios en los que se necesita almacenamiento de energía a largo plazo.
Esta innovación tiene implicaciones significativas para las industrias que generan grandes cantidades de calor residual, como las centrales nucleares y las instalaciones de fabricación. La tecnología del equipo también podría utilizarse en aplicaciones espaciales, como la alimentación de vehículos exploradores en Marte.