Científicos del Instituto de Investigación en Energía de Cataluña (IREC) de España y de la Universidad Aalto de Finlandia han combinado Baterías de Flujo Redox de Vanadio (VRFB) con mini módulos solares basados en tecnología de cobre, indio, galio y selenio (CIGS) en un solo dispositivo, en un intento de aprovechar su alta densidad energética.
Los investigadores afirmaron que el alto voltaje de las VRFB representaba un desafío para la integración de los dispositivos fotovoltaicos, ya que los primeros aumentan continuamente el estado de carga de la batería, mientras que la unidad fotovoltaica debe ajustarse adecuadamente a los requisitos de energía del sistema de almacenamiento.
“El principal desafío que debe resolverse para el sistema integrado es hacer coincidir el punto de máxima potencia de la solar fotovoltaica y la batería de flujo redox, teniendo en cuenta el inherente desplazamiento potencial de la segunda”, declararon.
Los especialistas integraron mini paneles del proveedor norteamericano de CIGS SoloPower como fotoelectrodos integrados con las baterías, sin electrónica de potencia adicional. El papel de aluminio de los CIGS fue cortado en pequeñas celdas de 5,1 cm2 a 5,3 cm2. El grupo de investigación las utilizó para fabricar módulos fotovoltaicos de tres y cuatro células, a los que llamaron “3CM” y “4CM”, respectivamente. Los paneles tenían diferentes potenciales de circuito abierto y densidades de corriente.
“Las áreas geométricas finales del 3CM y 4CM eran de 16 y 20,4 cm2”, indicaron los investigadores.
Las pruebas de carga/descarga foto-asistida se realizaron en una celda electroquímica adaptada. El módulo CIGS se integró mediante el acoplamiento en el lado negativo de la célula, entre la ventana de Poli(metacrilato de metilo) (PMMA) y el colector de corriente de grafito. Se insertó un electrodo de referencia en el lado negativo de la célula.
Los científicos iluminaron los paneles con un simulador solar PEC-L01. Tanto la fotocorriente generada por el sistema fotovoltaico como el potencial de circuito abierto de la célula fueron seguidos por un potenciostato VMP3 BioLogic, que controla la tensión eléctrica y mide la corriente resultante.
Los académicos afirmaron que la prueba demostró que las células CIGS tenían un voltaje de circuito abierto de 0,6 V, una corriente en cortocircuito de 35 mA cm2 y una eficiencia del 10,3%.
“Algunas estrategias alternativas de interconexión, como la interconexión monolítica, podrían probablemente conducir a mejores eficiencias de las células solares que el método de tabulación utilizado en el presente trabajo”, explicaron los científicos.
Los valores de voltaje en circuito abierto logrados para los mini paneles fueron lo suficientemente altos, según el grupo de investigación, para lograr la carga fotovoltaica imparcial en el dispositivo. Sin embargo, la variación potencial del voltaje de la celda de la batería determinó una disminución de la fotocorriente. En el panel de 4CM, alcanzó el 21%, pero en el módulo de 3CM alcanzó el 59%. Esto ilustra claramente que “el punto de operación en este sistema no es el óptimo, por lo que probablemente podría limitar la fotocarga del VRFB”, dijeron los investigadores.
El mini módulo con cuatro células conectadas en serie logró una carga fotovoltaica completa e imparcial bajo la iluminación de 1 Sol, lo que dio como resultado una alta energía del 77%, una eficiencia de carga solar a batería del 7,5%, y una eficiencia de conversión de energía de ida y vuelta del 5,0%. Estos valores, de acuerdo con los científicos, superaron todos los valores existentes en la literatura científica actual respecto a las VRFB solares.
El módulo de tres celdas, que fue probado bajo dos configuraciones de batería diferentes, mostró una dependencia total del potencial de circuito abierto de la batería y un rendimiento de potencia menor, debido al menor voltaje de las celdas.
“Hemos demostrado el tremendo potencial de este tipo de sistema de almacenamiento de energía personalizando por primera vez los sistemas fotovoltaicos comerciales de película delgada, lo que podría arrojar luz sobre el camino para el futuro desarrollo de este tipo de baterías solares basadas en configuraciones más sencillas utilizando la tecnología ya existente”, concluyeron los científicos.
Los científicos presentaron su prototipo de batería en “Adaptation of Cu(In, Ga)Se2photovoltaics for full unbiased photocharge of integrated solar vanadium redox flow batteries”, que se publicó recientemente en la revista Sustainable Energy & Fuels.
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