Científicos suecos han logrado un avance significativo al integrar un dispositivo fotovoltaico con un sistema de almacenamiento de energía térmica solar molecular (MOST), lo que resulta en una mejora en la eficiencia del aprovechamiento solar. Este innovador sistema actúa tanto como filtro óptico de la célula solar como agente refrigerante, alcanzando una eficiencia fotovoltaica del 12,6% y una eficiencia de utilización solar del 14,9%.
Integración Innovadora para una Mayor Eficiencia
El equipo de investigación, liderado por la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia, ha fabricado una célula solar policristalina híbrida que combina un sistema MOST. Este sistema convierte los fotones de alta energía, que generalmente no son utilizados eficientemente por la célula solar, en energía química. En esta configuración, la unidad MOST se coloca encima de la célula solar y utiliza una solución de moléculas orgánicas fotosensibles que fluyen a través de un chip microfluídico, almacenando los fotones de alta energía mediante un proceso de fotoisomerización.
"En este proceso intervienen fotones azules y ultravioletas de alta energía para convertir las moléculas madre en fotoisómeros metaestables de alta energía", explican los científicos. "La energía almacenada en los fotoisómeros MOST puede utilizarse entonces como fuente de energía de reserva, ya sea como fuente de calor o para la generación de energía termoeléctrica".
Resultados Prometedores
En el estudio titulado "Hybrid solar energy device for simultaneous electric power generation and molecular solar thermal energy storage", publicado en la revista Joule, los investigadores probaron tres configuraciones diferentes del sistema MOST, basadas en tres moléculas de norbornadieno-cuadriciclano (NBD-QC) denominadas NBD1, NBD2 y NBD3. Cada molécula presentaba propiedades fotofísicas distintas.
Tras una serie de pruebas experimentales, se descubrió que la molécula NBD3 ofrecía el rendimiento óptimo debido a su capacidad superior de absorción y prevención del calor. Bajo condiciones de iluminación estándar, la célula solar alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 12,6%, un 0,2% superior a la de una célula solar de referencia sin el sistema MOST. Esta mejora fue posible gracias a la acción refrigerante del MOST, que redujo la temperatura de funcionamiento de la célula de 53 °C a 45 °C.
Las pruebas también demostraron que el sistema fotovoltaico híbrido MOST podía operar con una eficiencia de utilización solar del 14,9% y una eficiencia de almacenamiento solar del 2,3%. "El sistema combinado MOST-PV demuestra la capacidad de producir una potencia más constante a lo largo de periodos variables, desde ciclos diarios hasta estacionales", destacó el grupo de investigación. "Teóricamente, el sistema puede configurarse para ciclar diferentes materiales a lo largo del día y así optimizar la eficiencia".
Futuro de la Tecnología Híbrida Solar
Mirando hacia el futuro, los científicos planean realizar pruebas de ciclos a pequeña y gran escala con catalizadores eficientes y desarrollar más candidatos a NBD con desplazamiento al rojo para acercar la eficiencia del almacenamiento al límite teórico de los sistemas MOST. "Además, es vital explorar las compensaciones tecnoeconómicas en la tecnología híbrida, como equilibrar la eficiencia entre el sistema MOST y la célula fotovoltaica y considerar los efectos térmicos", concluyen los investigadores. Este avance promete una nueva era en la tecnología solar, combinando generación y almacenamiento de energía de manera más eficiente y sostenible.
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