lunes, agosto 15, 2022
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hito de la célula termofotovoltaica convierte el 40% de la energía térmica en electricidad

Las células TPV podrían permitir energía renovable ‘despachable’

Un equipo de ingenieros del MIT y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) se han acercado un paso más a un red totalmente descarbonizada con el diseño de una celda termofotovoltaica (TPV) de alta eficiencia que convierte el calor en electricidad con más del 40% de eficiencia.

Durante más de 100 años, las turbinas de vapor se han utilizado para obtener electricidad a partir de fuentes de calor como el carbón, el gas natural, la energía nuclear y la energía solar concentrada. Sin embargo, las turbinas de vapor se basan en piezas móviles que no pueden funcionar después de una cierta temperatura. Si bien pueden convertir alrededor del 35 % de una fuente de calor en electricidad, la maquinaria se calienta demasiado después de los 2000 °C (3600 °F).

A diferencia de una turbina de vapor, esta innovadora celda TPV no tiene partes móviles y puede convertir alrededor del 40 % de una fuente de calor en electricidad. También funciona desde 1.900 °C hasta 2.400 °C (4.300 °F).

‘Una de las ventajas de los convertidores de energía de estado sólido es que pueden operar a temperaturas más altas con costos de mantenimiento más bajos porque no tienen partes móviles. Tsimplemente siéntese allí y genere electricidad de manera confiable,’ dice Asegun Henry, profesor de desarrollo profesional de Robert N. Noyce en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT.

La termofotovoltaica funciona convirtiendo el calor en electricidad a través de fotones. «Al igual que las células solares, las células TPV podrían fabricarse con materiales semiconductores con una banda prohibida particular: la brecha entre la banda de valencia de un material y su banda de conducción. Si el material absorbe un fotón con una energía lo suficientemente alta, puede expulsar un electrón a través de la banda prohibida, donde el electrón puede conducir y, por lo tanto, generar electricidad. explica la Oficina de Noticias del MIT.

Las celdas TPV anteriores han utilizado materiales de banda prohibida relativamente baja, que convierten fotones de baja temperatura y baja energía y, por lo tanto, convierten la energía de manera menos eficiente. Lo que hace que este diseño sea más eficiente es el uso de materiales de mayor banda prohibida y una fuente de calor de mayor temperatura para capturar fotones de mayor energía.

hito de la célula termofotovoltaica convierte el 40% de la energía térmica en electricidad
diagrama que muestra cómo la energía térmica podría almacenarse, convertirse y enviarse

Los investigadores quieren ampliar la celda termofotovoltaica en una batería térmica a escala de red que se usaría junto con fuentes de energía renovables como solar. El exceso de energía en un día soleado se almacenaría en bancos de grafito caliente fuertemente aislados. Las células TPV luego convertirían la energía térmica almacenada en electricidad en los días en que no hay sol, lo que permitiría la energía renovable ‘despachable’.

«Las células termofotovoltaicas fueron el último paso clave para demostrar que las baterías térmicas son un concepto viable», continúa Enrique. «Este es un paso absolutamente crítico en el camino hacia la proliferación de energías renovables y llegar a una red totalmente descarbonizada».

Para lograr esto, la celda TPV experimental tendría que ampliarse masivamente de un centímetro cuadrado a 930 metros cuadrados. Sin embargo, Henry señala que la infraestructura para construir celdas a esa escala ya existe para fabricar celdas fotovoltaicas a gran escala.

«Definitivamente hay un gran beneficio neto aquí en términos de sostenibilidad», Enrique agrega. «La tecnología es segura, ambientalmente benigna en su ciclo de vida y puede tener un tremendo impacto en la reducción de las emisiones de dióxido de carbono de la producción de electricidad».

La investigación fue publicada en la revista en línea Nature.

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