Investigadores han desarrollado un nuevo generador termoeléctrico que puede generar electricidad de forma continua utilizando el calor del sol y un elemento radiativo que libera calor en el aire. Al funcionar de día o de noche y en condiciones de nubosidad, el nuevo TEG autoalimentado podría constituir una fuente de energía fiable para pequeños dispositivos electrónicos, como sensores de exteriores.
Las fuentes de energía tradicionales, como las baterías, tienen una capacidad limitada y requieren recambios o recargas periódicas, lo que puede resultar incómodo e insostenible. Nuestro nuevo diseño de TEG podría ofrecer una solución de energía sostenible y continua para dispositivos pequeños, abordando las limitaciones de las fuentes de energía tradicionales como las baterías.
Jing Liu, Universidad de Jimei
Los TEG (generador termoeléctrico) son dispositivos de estado sólido que utilizan las diferencias de temperatura para generar electricidad sin piezas móviles. En la revista Optics Express, Liu y un equipo multiinstitucional de investigadores describen y demuestran un nuevo generador termoeléctrico que puede generar simultáneamente el calor y el frío necesarios para crear una diferencia de temperatura lo bastante grande como para generar electricidad incluso cuando no hay sol. La fuente de energía pasiva está hecha de componentes que pueden fabricarse fácilmente.
El diseño único de nuestro generador termoeléctrico autoalimentado le permite funcionar continuamente, haga el tiempo que haga. Con un mayor desarrollo, nuestro TEG tiene el potencial de repercutir en una amplia gama de aplicaciones, desde sensores remotos a electrónica vestible, promoviendo un enfoque más sostenible y ecológico para alimentar nuestra vida cotidiana.
Jing Liu
Aumentar el rendimiento de los generadores termoeléctricos
Cuando un material termoeléctrico experimenta un gradiente de temperatura, los electrones fluyen de la parte caliente a la fría, generando una corriente eléctrica. Aunque existen generadores termoeléctricos basados en este fenómeno, tienden a producir diferencias de temperatura inestables y no generan electricidad suficiente para ser útiles.
Para hacer frente a estas limitaciones, los investigadores desarrollaron un nuevo tipo de TEG. Utiliza un componente llamado absorbedor solar de banda ultraancha (UBSA) para captar la luz solar, que calienta un lado del generador. Simultáneamente, otro componente llamado emisor de refrigeración radiativa planar (RCE) enfría el otro lado liberando calor. Tanto el UBSA como el RCE pueden aplicarse a un sustrato flexible, lo que podría ser útil para alimentar dispositivos portátiles, por ejemplo.
Dado que la potencia calorífica de la UBSA es significativamente mayor que la potencia de refrigeración de la RCE con una intensidad de luz solar normal, los investigadores colocaron la RCE sobre una UBSA de mayor superficie. Cuando la luz solar incide sobre todo el dispositivo, las partes no sombreadas del UBSA absorben la energía del sol para calentarse, mientras que el RCE situado encima empieza a enfriarse. La combinación de calentamiento y enfriamiento crea una diferencia de temperatura que se convierte en electricidad.
Por la noche o en días nublados, la diferencia de temperatura se reduce significativamente debido a la ausencia de luz solar directa. Sin embargo, sigue existiendo una diferencia de temperatura que puede aprovecharse para generar electricidad, aunque con menor eficiencia que en un día soleado.
Generar electricidad por la noche
Para probar el dispositivo, los investigadores realizaron experimentos al aire libre en distintas condiciones meteorológicas. Controlaron la tensión de salida del dispositivo y comprobaron que podía generar electricidad de forma continua durante el día y la noche y en condiciones de luz nublada. En condiciones diurnas despejadas, el dispositivo alcanzó un pico de tensión de 166,2 mV, suficiente para alimentar un pequeño sensor o dispositivo. Durante la noche despejada y el día nublado, generó 14,7 mV y 95 mV, respectivamente.
Nuestro innovador método de combinar el calentamiento solar con la refrigeración radiativa permite al TEG generar electricidad de forma ininterrumpida. Esto podría mejorar el acceso a servicios críticos, sobre todo en zonas remotas o subdesarrolladas donde no se dispone de fuentes de energía tradicionales.
Haoyuan Cai, miembro del equipo de investigación.
Los investigadores trabajan ahora para optimizar aún más la eficiencia, durabilidad y escalabilidad del dispositivo y planean probar su estabilidad y fiabilidad a largo plazo en diversas condiciones. También quieren explorar el potencial de producción en serie a un coste razonable y mejorar el rendimiento del dispositivo y su adaptabilidad a distintas aplicaciones.
Más información: www.optica.org
Qué es un generador termoeléctrico.
Un generador termoeléctrico es un dispositivo que convierte la energía térmica en energía eléctrica. Funciona mediante el principio de efecto Seebeck, que establece que si dos metales diferentes se unen en dos puntos diferentes y se someten a diferentes temperaturas, se genera una corriente eléctrica en el circuito que los une.
Los generadores termoeléctricos son capaces de convertir la energía térmica en energía eléctrica sin la necesidad de piezas móviles, lo que los hace ideales para su uso en situaciones en las que es difícil o imposible proporcionar una fuente de energía eléctrica de otra manera. Por ejemplo, se utilizan en sistemas de refrigeración portátiles, satélites y naves espaciales, donde las baterías solares no son efectivas debido a la falta de luz solar.
Sin embargo, los generadores termoeléctricos tienen una eficiencia relativamente baja en comparación con otras formas de generación de energía eléctrica, lo que los hace menos prácticos en muchas aplicaciones. Además, su costo y complejidad pueden ser elevados, lo que limita su uso en algunas aplicaciones.
Aplicaciones de los generadores termoeléctricos.
Los generadores termoeléctricos tienen diversas aplicaciones en diferentes ámbitos, entre las que se incluyen:
- Espacio: se utilizan comúnmente en misiones espaciales, como en satélites y naves espaciales, donde las condiciones ambientales extremas hacen que sea difícil o imposible utilizar otras formas de generación de energía eléctrica.
- Automoción: se utilizan en algunos vehículos para alimentar sistemas eléctricos auxiliares, como la iluminación y el sistema de sonido.
- Industria: se utilizan en algunas aplicaciones industriales, como la generación de energía eléctrica a partir de la recuperación del calor residual de los procesos industriales.
- Militar: se utilizan en algunas aplicaciones militares, como en sistemas de vigilancia y comunicación en zonas remotas donde no es posible proporcionar una fuente de energía eléctrica de otra manera.
- Medicina: se utilizan en algunos dispositivos médicos, como en marcapasos, donde proporcionan una fuente de energía eléctrica continua y fiable.
- Investigación científica: se utilizan en algunas investigaciones científicas, como en estudios de materiales y procesos que involucran la conversión de energía térmica en energía eléctrica.
En general, los generadores termoeléctricos son útiles en situaciones en las que es difícil o imposible proporcionar una fuente de energía eléctrica de otra manera.
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