Duplicando la eficiencia de la energía solar gracias al calor

Unos investigadores han demostrado por primera vez un dispositivo basado en un método que permite a las células solares rebasar el límite predicho teóricamente sobre cuánta luz solar pueden convertir en electricidad como máximo.

Desde tan atrás como 1961 se ha sabido que existe un límite teórico absoluto, llamado Límite de Shockley-Queisser, sobre cómo de eficientes pueden ser las células solares tradicionales en su conversión de la energía. Para una célula monocapa de silicio, el tipo usado para la mayor parte de los paneles solares actuales, ese límite superior es aproximadamente el 32 por ciento. Pero también se ha sabido que hay algunas maneras posibles de incrementar esa eficiencia general, como usar capas múltiples de células solares, un método que está siendo estudiado de forma amplia, o convirtiendo primero la luz solar en calor antes de generar la energía eléctrica. Es este último método, usando dispositivos conocidos como sistemas termofotovoltaicos (o STPVs, por sus siglas en inglés), el que ha sido empleado en la nueva investigación.

Si bien todas las investigaciones acerca de células fotovoltaicas tradicionales se enfrentan a las mismas limitaciones teóricas subyacentes, con los sistemas solares termofotovoltaicos tenemos la posibilidad de superar dichas limitaciones. De hecho, la teoría predice que, en principio, este método, que implica emparejar células solares convencionales con capas añadidas de materiales de alta tecnología, podría más que doblar el límite teórico de eficiencia, haciendo potencialmente posible suministrar el doble de energía desde un área determinada de paneles.

El equipo de David Bierman, Evelyn Wang y Marin Soljacic, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos, ha demostrado, por vez primera, un sistema STPV que posee una eficiencia de conversión de energía solar a eléctrica notablemente más alta, comparado con la de la célula fotovoltaica (PV) subyacente. En la demostración, el equipo usó una célula PV de baja eficiencia, con lo que la eficiencia global del sistema era de solo un 6,8 por ciento, pero mostró claramente, en comparaciones directas, las mejoras permitidas por el sistema STPV.

El principio básico es simple: en vez de disipar como calor la energía solar no utilizable en la célula solar, la energía y el calor son absorbidos primero por un componente intermedio hasta temperaturas que permitirían a este emitir radiación térmica. Ajustando los materiales y la configuración de estas capas añadidas, es posible hacer que se emita esa radiación de un modo en que posea las longitudes de onda adecuadas para que las capture la célula solar. Esto mejora la eficiencia y reduce el calor generado en la propia célula solar.

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