Investigadores de varias universidades chinas han desarrollado un nuevo dispositivo termoeléctrico que capta energía en días nublados y de noche.
La energía solar sigue siendo la gran protagonista de la transición energética. Además de las macrogranjas de energía fotovoltaica, las placas solares se han convertido en un aliado imprescindible en todo tipo de edificios. Según datos oficiales de Red Eléctrica Española, la potencia solar fotovoltaica se ha triplicado en España en los últimos 3 años, pero sigue teniendo un gran problema: genera energía sólo de día y la producción desciende significativamente según las condiciones climatológicas.
Para solventar este obstáculo, ya se están desarrollando paneles que también recogen energía por la noche y alternativas como este innovador material que aísla tu casa para tener la temperatura que quieras sin gastar en calefacción. En esa misma línea, investigadores chinos acaban de presentar un novedoso generador termoeléctrico (TEG, por sus siglas en inglés) que puede generar electricidad las 24 horas del día de manera ininterrumpida utilizando el calor del sol y un elemento radiativo que libera calor en el aire.
En el estudio, publicado por la revista científica Optics Express, los investigadores liderados por el ingeniero Jing Liu describen y demuestran las posibilidades de este TEG, capaz de generar simultáneamente el calor y el frío necesarios para crear una diferencia de temperatura. Eso es lo que permitirá a este dispositivo funcionar como una fuente de energía pasiva, hecha de componentes que se pueden fabricar fácilmente, que puede generar electricidad incluso de noche.
El futuro son las casas pasivas
El futuro pertenece a las casas pasivas, aquellas en las que la construcción bioclimática permite un gasto mínimo de energía para mantener una temperatura confortable en el interior. Los últimos avances en tecnología de materiales apuntan a técnicas para hacerlas aún más eficientes, entre ellas la refrigeración radiativa pasiva, que aprovecha las bajas temperaturas del espacio exterior para enfriar el interior de un edificio o un vehículo cuando se necesita sin apenas elevar el gasto energético.
Es el mismo fundamento que utiliza el dispositivo creado por los investigadores de la Universidad Jimei de China y otras instituciones participantes en el estudio, sólo que, en este caso, lo que se busca es la diferencia de temperatura entre sus componentes para generar energía. La base científica de este desarrollo se basa en las propiedades de los dispositivos termoeléctricos. Cuando estos experimentan una diferencia de temperatura, los electrones fluyen de la parte caliente a la fría, generando una corriente eléctrica. El problema es que, hasta ahora, esa diferencia es limitada e inestable, lo que reduce sus posibilidades.
Para vencer estos obstáculos, este nuevo TEG utiliza un innovador componente llamado absorbedor solar de banda ultraancha (UBSA). Compuesto por finísimas capas de óxido de silicio y titanio, es el encargado de maximizar la captación de luz solar y calentar un lado del generador para producir diferencias de temperatura de hasta 12,6 grados centígrados.
Al mismo tiempo, otro componente llamado emisor de refrigeración radiativa planar (RCE), es el que se destina a enfriar el otro lado. Ambos elementos pueden aplicarse a un sustrato flexible, lo que permitirá que estos paneles se adapten a distintos lugares y puedan alimentar también dispositivos portátiles.
«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», afirma Liu. «Nuestro nuevo diseño de TEG podría ofrecer una solución energética sostenible y continua para dispositivos pequeños, abordando las limitaciones de las fuentes de energía tradicionales».
Rendimiento nocturno
Por la noche o en días nublados, la diferencia de temperatura se reduce significativamente debido a la ausencia de luz solar directa. Sin embargo, el UBSA permite captar más de un 95% del espectro de radiación solar, por lo que sigue proporcionando una diferencia de temperatura. Se logra una menor eficiencia que en un día soleado, pero la generación de electricidad se produce, en cualquier caso.
«El diseño único de nuestro generador termoeléctrico autoalimentado le permite funcionar continuamente, haga el tiempo que haga», sostiene Liu. «Con un mayor desarrollo, nuestro TEG tiene el potencial de repercutir en una amplia gama de aplicaciones, desde sensores remotos a wearables, promoviendo un enfoque más sostenible y ecológico para alimentar nuestra vida cotidiana».
Para poner a prueba el dispositivo, el equipo dirigido por Liu realizó experimentos al aire libre para someterlo a distintas condiciones meteorológicas. Así fue como controlaron la tensión de salida del dispositivo y obtuvieron la respuesta que esperaban: el TEG fue capaz de generar electricidad de forma continua durante el día y la noche y en condiciones de luz diurna nublada. De hecho, este generador termoeléctrico también se podría integrar en paneles solares de nueva generación.
Eso sí, los resultados por el momento son muy discretos. En condiciones diurnas despejadas, el pequeño dispositivo consiguió un pico de tensión de 166,2 mV, suficiente para alimentar un pequeño sensor o dispositivo de bajo consumo. Durante una noche despejada y un día nublado, generó 14,7 mV y 95 mV, respectivamente.
Los investigadores trabajan ahora, precisamente, en optimizar la eficiencia, la durabilidad y la escalabilidad del dispositivo. Por eso, sus planes pasan por probar su estabilidad y fiabilidad a largo plazo en diversas condiciones, para ver si realmente son una alternativa a otras fuentes de energía. El otro reto pendiente es explorar su potencial de producción en serie a un coste razonable y mejorar su adaptabilidad a distintas aplicaciones, desde dotar de sensores a un edificio hasta alimentar un smartwatch o pulsera de actividad.
«Nuestro innovador método de combinar el calentamiento solar con la refrigeración radiativa permite al TEG generar electricidad de forma ininterrumpida», afirma otro de los participantes en la investigación, Haoyuan Cai. «Esto podría mejorar el acceso a servicios críticos, sobre todo en zonas remotas o subdesarrolladas donde no se dispone de fuentes de energía tradicionales».
