Un grupo de investigadores dirigido por la Universidad Tecnológica de Chalmers (Suecia) ha fabricado una célula solar policristalina híbrida que integra un sistema de almacenamiento de energía solar térmica molecular (MOST) que convierte los fotones de alta energía infrautilizados por la célula en energía química.
En la configuración del sistema propuesto, la unidad MOST actúa como filtro óptico y agente refrigerante de la célula fotovoltaica. Se coloca encima de la célula solar y se basa en una solución de moléculas orgánicas fotosensibles que fluyen a través de un chip microfluídico capaz de almacenar los fotones de alta energía mediante un proceso de fotoisomerización.
«En este proceso intervienen fotones azules y ultravioletas de alta energía para convertir las moléculas madre en fotoisómeros metaestables de alta energía», explican los científicos. «La energía almacenada en los fotoisómeros MOST puede utilizarse entonces como fuente de energía de reserva, ya sea como fuente de calor o para la generación de energía termoeléctrica».
En el trabajo «Hybrid solar energy device for simultaneous electric power generation and molecular solar thermal energy storage«, publicado en Joule, el grupo de investigación explicó que probaron tres configuraciones diferentes del sistema MOST basadas en tres moléculas de norbornadieno-cuadriciclano (NBD-QC) llamadas NBD1, NBD2 y NBD3. Cada molécula tenía propiedades fotofísicas diferentes.
Tras una serie de pruebas experimentales, los investigadores descubrieron que el rendimiento óptimo del dispositivo se lograba con la molécula NBD3, debido a su capacidad «superior» de absorción y prevención del calor.
Probada en condiciones de iluminación estándar, la célula solar alcanzó una eficiencia de conversión pover del 12,6%, que según los científicos es un 0,2% superior a la de una célula solar de referencia sin el sistema MOST. Esto fue posible gracias a la acción refrigerante del MOST sobre la temperatura de funcionamiento de la célula, que descendió 8 C, de 53 C a 45 C.
Las pruebas también demostraron que el sistema fotovoltaico híbrido MOST era capaz de funcionar con una eficiencia de utilización solar del 14,9% y alcanzar una eficiencia de almacenamiento solar del 2,3%. «El sistema combinado MOST-PV demuestra la capacidad de producir una potencia más constante a lo largo de periodos variables, desde ciclos diarios hasta estacionales», subrayó el grupo de investigación. «Teóricamente, el sistema puede configurarse para ciclar diferentes materiales a lo largo del día para optimizar la eficiencia».
De cara al futuro, los científicos afirmaron que trabajarán en la identificación de pruebas de ciclos a pequeña y gran escala con catalizadores eficientes y en el desarrollo de más candidatos a NBD con desplazamiento al rojo para acercar la eficiencia del almacenamiento al límite teórico de los sistemas MOST. «Además, es vital explorar las compensaciones tecnoeconómicas en la tecnología híbrida, como equilibrar la eficiencia entre el sistema MOST y la célula fotovoltaica y considerar los efectos térmicos», concluyen.
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