Investigadores suecos y españoles han desarrollado el primer dispositivo híbrido que combina el almacenamiento de energía solar molecular térmica con energía fotovoltaica basada en silicio

Un equipo de investigación internacional, liderado por la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), ha desarrollado un dispositivo híbrido que combina, por primera vez, el almacenamiento de energía solar molecular térmica con energía fotovoltaica basada en silicio. Este innovador dispositivo ha logrado una eficiencia récord de almacenamiento de energía del 2,3 % y una utilización total de la energía solar de hasta el 14,9 %.

• Dispositivo híbrido: Combina almacenamiento térmico molecular y energía fotovoltaica.
• Eficiencia: 2,3 % en almacenamiento y 14,9 % en uso de energía solar.
• Sistema MOST: Reduce el calentamiento de células solares, usando materiales comunes.
• Mejora eficiencia: Aumenta eficiencia en 12,6 % y baja temperatura de células solares en 8 °C.
• Sostenibilidad: Menos dependencia de materiales escasos y fósiles.
• Colaboración internacional: Apoyado por la UE con universidades de Cambridge, Chalmers y ICMAB-CSIC.

Un dispositivo híbrido único para generar electricidad y almacenar energía térmica de manera eficiente y sostenible

La energía solar fotovoltaica se ha convertido en una de las fuentes renovables más importantes para la producción de electricidad en el contexto de la transición energética. Sin embargo, esta tecnología presenta desafíos debido a la intermitencia en la producción solar y la fluctuación en la demanda energética.

Para abordar estas limitaciones, es esencial contar con sistemas de almacenamiento eficientes que garanticen la disponibilidad de energía cuando la demanda es mayor.

No obstante, las tecnologías de almacenamiento actuales no han alcanzado su máximo potencial, principalmente debido al calentamiento que experimentan, lo que afecta tanto la producción de energía como la durabilidad de los sistemas fotovoltaicos. Además, muchos de los sistemas de almacenamiento actuales, como las baterías de litio, dependen de materiales no sostenibles.

Solución híbrida: combinación de energía fotovoltaica y almacenamiento térmico molecular

Para superar estos desafíos, un equipo internacional liderado por el profesor ICREA Kasper Moth-Poulsen del Departamento de Ingeniería Química de la Universitat Politècnica de Catalunya — BarcelonaTech (UPC) ha desarrollado una tecnología innovadora.

Se trata del primer dispositivo híbrido que combina una célula solar de silicio con un sistema de almacenamiento llamado MOST, que significa molecular solar thermal energy storage systems (sistemas de almacenamiento de energía solar térmica molecular). Los resultados de esta investigación han sido publicados en la revista Joule.

El sistema MOST consiste en moléculas orgánicas que, al ser irradiadas con fotones de alta energía, como los de la luz ultravioleta, sufren una transformación química y almacenan esta energía para su uso posterior. Una característica particular de este sistema es que, además de almacenar energía, actúa como filtro óptico, bloqueando los fotones que normalmente causarían el calentamiento de la célula fotovoltaica. Esto reduce la temperatura del sistema y mejora su eficiencia.

Imagina que tienes una placa solar que transforma la luz del sol en electricidad, pero a veces el sol no está o no es suficiente, como cuando está nublado o es de noche. Además, cuando la placa se calienta mucho, funciona peor. Esto es un problema, ¿verdad?

Pues este nuevo invento es como una placa solar súper especial. Hace dos cosas a la vez:

1. Produce electricidad: Como una placa solar normal, toma la luz del sol y la convierte en electricidad que podemos usar.
2. Guarda energía del sol: También tiene unas moléculas especiales que «atrapan» la energía del sol como si fuera una batería, pero en lugar de electricidad, la guardan como calor para usarla más tarde.

Y no solo eso, esas moléculas también protegen la placa solar del calor. Actúan como unas gafas de sol para la placa, bloqueando la luz que la calienta demasiado, lo que la ayuda a funcionar mejor y durar más tiempo.

Así que, con esta tecnología, podemos usar la energía del sol de día y guardarla para cuando la necesitemos más tarde, ¡todo al mismo tiempo!

Sostenibilidad en el almacenamiento de energía

A diferencia de otras tecnologías que dependen de materiales escasos y costosos, el sistema MOST usa elementos comunes como el carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Esto ofrece una alternativa más sostenible para el almacenamiento de energía, reduciendo la dependencia de materiales críticos como el litio o el cobalto, que se utilizan en muchas baterías convencionales y cuyo impacto ambiental es considerable.

Este enfoque no solo promueve una mayor sostenibilidad, sino que también ofrece ventajas en términos de reducción de costes a largo plazo, ya que se basa en materiales que son más abundantes y fáciles de obtener.

Mejoras en la eficiencia energética

El nuevo dispositivo representa un avance significativo en la eficiencia energética.

Durante las pruebas experimentales, el sistema ha alcanzado una eficiencia de almacenamiento de energía térmica solar molecular del 2,3 %, un récord en este tipo de tecnología.

Además, la integración del sistema híbrido ha demostrado ser capaz de reducir la temperatura de las células fotovoltaicas hasta en 8 °C, lo que disminuye las pérdidas de energía causadas por el calor y mejora la eficiencia del sistema en un 12,6 %.

En conjunto, este dispositivo logra una eficiencia de utilización de la energía solar de hasta el 14,9 %, lo que representa una mejora significativa en comparación con los sistemas fotovoltaicos tradicionales o híbridos que funcionan de manera independiente.

Impacto en la transición energética

La combinación de energía fotovoltaica con almacenamiento térmico molecular no solo mejorará la eficiencia energética, sino que también contribuirá a reducir la dependencia de los combustibles fósiles. Al minimizar el impacto ambiental asociado a otras formas de almacenamiento de energía, como las baterías basadas en materiales escasos y contaminantes, esta tecnología híbrida desempeñará un papel clave en la transición hacia un sistema energético más limpio y sostenible.

Además, este dispositivo aborda una de las mayores demandas en el contexto actual: la necesidad de soluciones energéticas limpias y eficientes que puedan adaptarse a las fluctuaciones de la demanda y la producción energética. Al ofrecer tanto generación de electricidad como almacenamiento de energía en un solo sistema, el dispositivo híbrido MOST representa un avance significativo en la búsqueda de tecnologías renovables más eficientes y sostenibles.

Apoyo y colaboración internacional

Este dispositivo ha sido desarrollado como parte de los proyectos PHOTHERM y MOST, financiados por la Unión Europea con 2 millones y 4,3 millones de euros, respectivamente. El estudio cuenta con la participación de investigadores de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia y el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC).

El dispositivo híbrido desarrollado por el equipo internacional liderado por la UPC marca un hito en la búsqueda de soluciones sostenibles para la generación y el almacenamiento de energía. Al combinar energía fotovoltaica con un sistema de almacenamiento térmico molecular, ofrece una alternativa más eficiente y sostenible frente a las tecnologías convencionales, al tiempo que contribuye a reducir el impacto ambiental y avanzar hacia un futuro energético más limpio.

Vía www.upc.edu

Ventajas:

1. Eficiencia energética mejorada:
   • Logra una eficiencia de almacenamiento de energía del 2,3 %, lo cual es un récord en este tipo de tecnología.
   • El dispositivo híbrido alcanza una eficiencia de utilización de energía solar de hasta el 14,9 %, superando los sistemas tradicionales.
2. Reducción del calentamiento de las células fotovoltaicas:
   • El sistema MOST actúa como filtro óptico, bloqueando fotones que causan calentamiento, lo que reduce la temperatura de las células fotovoltaicas hasta en 8 °C y mejora la eficiencia en un 12,6 %.
3. Sostenibilidad:
   • Usa materiales comunes como carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, en lugar de materiales escasos como el litio o el cobalto, lo que lo convierte en una opción más sostenible y respetuosa con el medio ambiente.
   • Reduce la dependencia de materiales críticos y contaminantes usados en baterías convencionales.
4. Almacenamiento de energía térmica:
   • El sistema MOST permite almacenar energía solar en forma de energía química para su uso posterior, lo que aumenta la flexibilidad en la utilización de la energía renovable.
5. Menor impacto ambiental:
   • Al ser una tecnología basada en materiales orgánicos y comunes, reduce el impacto ambiental asociado con otras formas de almacenamiento energético, como las baterías.
6. Contribución a la transición energética:
   • Ayuda a reducir la dependencia de los combustibles fósiles y apoya la transición hacia un sistema energético más limpio.
7. Costo a largo plazo reducido:
   • Al utilizar materiales más abundantes y accesibles, es probable que se reduzcan los costos a largo plazo en comparación con otras tecnologías de almacenamiento energético.
8. Desarrollo internacional colaborativo:
   • La participación de diversas instituciones internacionales fomenta la cooperación global en la creación de tecnologías renovables avanzadas.

Desventajas:

1. Eficiencia de almacenamiento relativamente baja:
   • Aunque la eficiencia de almacenamiento del 2,3 % es un récord para este tipo de tecnología, sigue siendo baja en comparación con otras formas de almacenamiento de energía más maduras.
2. Dependencia de luz ultravioleta:
   • El sistema MOST se basa en fotones de alta energía, como los de la luz ultravioleta, lo que podría limitar su funcionamiento en condiciones de baja radiación solar o en climas nublados.
3. Etapa experimental:
   • Aunque el dispositivo ha mostrado resultados prometedores en pruebas experimentales, aún está en una etapa de investigación, lo que significa que podrían surgir desafíos en su implementación a gran escala.
4. Costo inicial de implementación:
   • El desarrollo y la instalación de esta tecnología innovadora pueden requerir inversiones iniciales significativas, aunque los costos podrían disminuir a medida que la tecnología se perfeccione.
5. Integración en infraestructuras existentes:
   • La tecnología híbrida puede enfrentar dificultades para ser integrada con los sistemas fotovoltaicos y de almacenamiento existentes, lo que podría requerir adaptaciones costosas o complejas.
6. Durabilidad y mantenimiento:
   • Al tratarse de una tecnología relativamente nueva, aún no se conoce el impacto del tiempo y las condiciones operativas en la durabilidad y el mantenimiento del dispositivo a largo plazo.