El gran inventor Thomas Edison dijo una vez:"Mientras brille el sol, el hombre podrá desarrollar energía en abundancia". La suya no fue la primera gran mente en maravillarse con la idea de aprovechar el poder del sol; Durante siglos, los inventores han estado reflexionando y perfeccionando la forma de aprovechar la energía solar.

Han hecho un trabajo increíble con las células fotovoltaicas, que convierten la luz solar directamente en energía. Y aun así, con toda la investigación, la historia y la ciencia detrás de esto, existen límites en cuanto a la cantidad de energía solar que se puede recolectar y usar, ya que su generación está restringida solo durante el día.

Un profesor de la Universidad de Houston continúa con la búsqueda histórica e informa sobre un nuevo tipo de sistema de recolección de energía solar que rompe el récord de eficiencia de todas las tecnologías existentes. No menos importante, despeja el camino para utilizar la energía solar las 24 horas del día, los 7 días de la semana.

"Con nuestra arquitectura, la eficiencia de recolección de energía solar se puede mejorar hasta el límite termodinámico", informa Bo Zhao, profesor asistente de Kalsi de ingeniería mecánica y su estudiante de doctorado Sina Jafari Ghalekohneh en la revista Physical Review Applied . El límite termodinámico es la eficiencia máxima absoluta teóricamente posible de conversión de la luz solar en electricidad.

Encontrar formas más eficientes de aprovechar la energía solar es fundamental para la transición a una red eléctrica libre de carbono. Según un estudio reciente realizado por la Oficina de Tecnologías de Energía Solar del Departamento de Energía de EE. UU. y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable, la energía solar podría representar hasta el 40 % del suministro de electricidad del país para 2035 y el 45 % para 2050, a la espera de reducciones agresivas de costos, medidas de apoyo políticas y electrificación a gran escala.

¿Cómo funciona?

La energía solar termofotovoltaica tradicional (STPV) se basa en una capa intermedia para adaptar la luz solar para una mejor eficiencia. El lado frontal de la capa intermedia (el lado que mira hacia el sol) está diseñado para absorber todos los fotones provenientes del sol. De esta manera, la energía solar se convierte en energía térmica de la capa intermedia y eleva la temperatura de la capa intermedia.

Pero el límite de eficiencia termodinámica de los STPV, que durante mucho tiempo se entendió como el límite del cuerpo negro (85,4 %), sigue siendo mucho más bajo que el límite de Landsberg (93,3 %), el límite de eficiencia final para la recolección de energía solar.

"En este trabajo, mostramos que el déficit de eficiencia es causado por la inevitable emisión posterior de la capa intermedia hacia el sol como resultado de la reciprocidad del sistema. Proponemos sistemas STPV no recíprocos que utilizan una capa intermedia con propiedades radiativas no recíprocas", dijo. Zhao. "Tal capa intermedia no recíproca puede suprimir sustancialmente su emisión posterior al sol y canalizar más flujo de fotones hacia la celda. Mostramos que con tal mejora, el sistema STPV no recíproco puede alcanzar el límite de Landsberg, y los sistemas STPV prácticos con fotovoltaica de unión única las células también pueden experimentar un aumento significativo de la eficiencia".

Además de mejorar la eficiencia, los STPV prometen compacidad y capacidad de despacho (electricidad que se puede programar según la demanda en función de las necesidades del mercado).

En un escenario de aplicación importante, los STPV pueden combinarse con una unidad económica de almacenamiento de energía térmica para generar electricidad las 24 horas del día, los 7 días de la semana.

"Nuestro trabajo destaca el gran potencial de los componentes fotónicos térmicos no recíprocos en las aplicaciones energéticas. El sistema propuesto ofrece una nueva vía para mejorar significativamente el rendimiento de los sistemas STPV. Puede allanar el camino para que los sistemas no recíprocos se implementen en los sistemas STPV prácticos que se utilizan actualmente en centrales eléctricas", dijo Zhao. + Explora más

La asimetría de inversión de tiempo supera el límite de eficiencia de conversión para las células solares