Energía termofotovoltaica: la conversión fotovoltaica del calor y su aplicación en sistemas de almacenamiento de energía

Del mismo modo que una célula solar convierte la luz del sol en electricidad, una célula termofotovoltaica convierte en electricidad la radiación térmica que emiten objetos incandescentes. Es decir, realizan una conversión directa del calor en electricidad, sin necesidad de emplear partes móviles ni fluidos. Entre las muchas aplicaciones de esta tecnología, en el Instituto de Energía Solar de la UPM estamos trabajando en un nuevo concepto de almacenamiento de energía térmica que utiliza silicio fundido, a unos 1400 °C y células termofotovoltaicas para trasformar el calor almacenado en electricidad. De esta forma, es posible alcanzar densidades de energía de más de 1 MWh por metro cúbico, una de las mayores de entre todas las tecnologías de almacenamiento existentes.

Una célula termofotovoltaica (TPV, de sus siglas en inglés) funciona de forma idéntica a una célula solar: la absorción de fotones en un material semiconductor produce electrones que se suministran al exterior creando una corriente eléctrica. La diferencia radica en que el espectro de absorción, que en una célula TPV está desplazado al infrarrojo para convertir eficientemente la radiación térmica en vez de la radiación solar. Para ello se emplean materiales semiconductores capaces de absorber fotones de baja energía, como por ejemplo el germanio o el antimoniuro de galio, en vez de semiconductores que absorben eficientemente la luz solar, como el silicio o el arseniuro de galio.

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Por lo general, una célula TPV trabaja con fuentes térmicas que superan los 1000 ºC y su eficiencia de conversión, a día de hoy, está entorno al 20%1. Además, pueden generar densidades de potencia eléctrica muy elevadas: del orden de1 W/cm2 para temperaturas de 1100 ºC y unos10 W/cm2 si la temperatura asciende a 1900 ºC. Estos valores son de entre 50 y 500 veces, respectivamente, la potencia generada por una célula solar convencional, lo cual permite alcanzar costes por unidad de potencia (en €/W) relativamente bajos, incluso si se utilizan compuestos semiconductores III-V (caros pero más eficientes) para su fabricación. Leer más…

Alejandro Datas
Research Scientist at Instituto de Energía Solar – Universidad Politécnica de Madrid