Las energías renovables han alcanzado un nivel de madurez tal que las hace solventes, eficientes y económicas. Obviamente, requieren una inversión no siempre al alcance de cualquiera, pero las instalaciones domésticas cada vez son más baratas. Y a gran escala, empresas y organismos públicos apuestan seriamente por la energía eólica y solar como alternativa para abaratar costes. El siguiente paso está en almacenar la energía generada. Y, en esa búsqueda, surgen soluciones híbridas que combinan generación y almacenamiento de energía solar térmica y fotovoltaica.
Un equipo de investigación internacional liderado por la UPC, la Universitat Politècnica de Catalunya, ha diseñado un dispositivo híbrido que, en primer lugar, genera electricidad a partir de la energía solar fotovoltaica. Y, a partir de ahí, almacena energía térmica para su posterior utilización. De esta manera, se podría aprovecha la electricidad generada incluso cuando la demanda no coincide con los picos de generación. No solo eso. La célula solar que han creado logra una eficiencia energética de almacenamiento y aprovechamiento total de la energía solar que la hacen eficiente y sostenible.
El equipo ha trabajado con la dirección del profesor ICREA Kasper Moth-Poulsen, investigador del Departamento de Ingeniería Química de la UPC y vinculado a la Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE). También han participado investigadores de la Universidad Cambridge, en Reino Unido, la Universidad Chalmers de Tecnología, en Suecia, y el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC), entre otros. Y el proyecto se ha desarrollado en el marco de los proyectos ERC PHOTHERM y EU HECHO-PROACT MOST, financiados por la Unión Europea con 2 y 4,3 millones de euros, respectivamente.
Los resultados de la investigación se han publicado en la revista científica Joule bajo el título “Hybrid solar energy device for simultaneous electric power generation and molecular solar thermal energy storage”. Que podríamos traducir por “Dispositivo de energía solar híbrida para la generación simultánea de energía eléctrica y almacenamiento de energía térmica solar molecular”.
Generar y almacenar electricidad a la vez
El dispositivo que han creado los investigadores de la UPC consta de dos partes. La primera, la célula solar de silicio, que es la encargada de generar electricidad a partir de energía solar fotovoltaica. Y la parte más innovadora se llama MOST, acrónimo de MOlecular Solar Thermal Energy Storage System. Es decir, sistema de almacenamiento de energía térmica solar molecular. Así, se combinan energía solar térmica y fotovoltaica para generar electricidad y almacenarla.
Precisamente, uno de los inconvenientes de las instalaciones eólicas y solares es que dependen del viento y el sol para funcionar. En el caso que nos ocupa, las horas de luz solar marcan la capacidad de generar electricidad por parte de las células solares fotovoltaicas. Y la demanda de electricidad no suele coincidir con la capacidad de generar electricidad en plantas solares. Así que la clave está en almacenar esa energía sobrante para usarla cuando sea necesaria.
Volviendo al dispositivo híbrido presentado, la parte más innovadora es su sistema MOST. Formado por moléculas orgánicas, almacena energía pero también sirve para refrigerar la propia célula solar fotovoltaica, de manera que reduce el calentamiento y aumenta la eficiencia del dispositivo. Y lo mejor de todo es que está fabricado con elementos tan comunes como carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno o flúor. Por lo que, además de ser una manera eficiente de generar electricidad, también es sostenible. En cuanto a su funcionamiento, las moléculas orgánicas del sistema MOST reaccionan químicamente al recibir los fotones de alta energía como la luz ultravioleta. Así, se genera electricidad y se almacena posteriormente.
Aprovechar mejor la energía solar térmica y fotovoltaica
Las pruebas realizadas en laboratorio han dado buenos resultados. En concreto, la nota de prensa dice que “se ha conseguido una eficiencia récord de almacenamiento de energía solar térmica molecular del 2,3%”. Al tiempo que han logrado reducir “la temperatura de la celda fotovoltaica de hasta 8 °C, de forma que se reducen las pérdidas energéticas por calor, con un aumento de la eficiencia del 12,6% de la fotovoltaica”. Combinando la célula solar con el sistema MOST, la “eficiencia de utilización solar es de hasta el 14,9%, una cifra que representa una mejora” respecto a otros sistemas solares híbridos.
Parafraseando las conclusiones del estudio, “la eficiencia y la longevidad de los sistemas fotovoltaicos disminuyen a medida que aumentan las temperaturas, lo que resulta en reducciones significativas en la producción de energía y la capacidad de ciclo. (…) Aquí, presentamos una posible tecnología híbrida que busca mitigar estos desafíos. Esta investigación presenta la combinación pionera de una célula solar fotovoltaica con un sistema MOST, ilustrando la viabilidad de convertir la energía solar en energía química”.
En definitiva, combinando energía solar térmica y fotovoltaica para generar y almacenar electricidad, los investigadores creen que, en el futuro, podremos mejorar la eficiencia energética. Y todo ello con materias primas comunes y sostenibles, a diferencias de materiales más difíciles de conseguir y cuya extracción tiene un coste económico y de impacto ambiental.
