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Ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) en Estados Unidos han diseñado una celda termofotovoltaica (TPV) que convierte el calor en electricidad con una eficiencia de más del 40%, similar a la de las turbinas de vapor. La celda captura pasivamente fotones de alta energía de una fuente de calor, de una temperatura entre 1.900 ºC y 2.400 ºC, para luego transformarlos en energía eléctrica.
Los investigadores planean incorporar la celda TPV 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 se necesita energía, como en días nublados, las células TPV convertirían el calor en electricidad y la enviarían a una red eléctrica.
Hasta ahora, los científicos han llevado a cabo experimentos aislados a pequeña escala con la nueva celda TPV y han conseguido demostrar con éxito las principales partes del sistema. En este momento ya se encuentran trabajando en la integración de todos los elementos para demostrar un sistema completamente operativo.
A partir de ahí, esperan ampliar el sistema para reemplazar las centrales eléctricas impulsadas por combustibles fósiles y habilitar una red eléctrica totalmente descarbonizada, abastecida en su totalidad por energía renovable.
Los investigadores explicaron que las celdas termofotovoltaicas fueron el último paso clave para demostrar que las baterías térmicas son un concepto viable. Se trata de un paso que consideran crucial en el camino hacia la proliferación de energías renovables y llegar a una red eléctrica totalmente descarbonizada.
Más del 90% de la electricidad del mundo proviene de fuentes de calor como el carbón, el gas natural, la energía nuclear y la energía solar concentrada. Durante un siglo, las turbinas de vapor han sido el estándar industrial para convertir dichas fuentes de calor en electricidad.
En promedio, las turbinas de vapor convierten de manera confiable alrededor del 35% de una fuente de calor en electricidad, y alrededor del 60% representa la mayor eficiencia de cualquier motor térmico hasta la fecha. Sin embargo, esta maquinaria depende de partes móviles que tienen temperatura limitada. Las fuentes de calor superiores a los 2.000 ºC serían demasiado calientes para las turbinas.
En los últimos años, los científicos han buscado alternativas de estado sólido: motores térmicos sin partes móviles, que podrían funcionar de manera eficiente a temperaturas más altas.
Las celdas termofotovoltaicas ofrecieron una nueva ruta de investigación hacia los motores térmicos de estado sólido, ya que estos pueden operar a temperaturas más altas y con menores costes de mantenimiento, al carecer de partes móviles.
Los investigadores aseguraron que la tecnología es segura, ambientalmente benigna en su ciclo de vida y puede tener un gran impacto en la reducción de las emisiones de dióxido de carbono de la producción de electricidad.
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