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Paneles solares que funcionan por la noche
Una gran parte de la población mundial carece de acceso a la red eléctrica. Las células fotovoltaicas estándar pueden proporcionar una fuente de electricidad renovable fuera de la red pero sólo producen energía a partir de la irradiación solar diurna y no por la noche. Por primera vez, unos científicos de la Universidad de Standford han construido un dispositivo que incorpora un generador termoeléctrico que genera electricidad a partir de la diferencia de temperatura entre la célula fotovoltaica y el entorno.
Aunque ha habido varias propuestas teóricas y demostraciones experimentales de recolección de energía a partir del enfriamiento radiativo de una célula fotovoltaica por la noche, la densidad de potencia alcanzada hasta ahora era muy baja. Unos científicos de la universidad de Standford han construido un dispositivo que puede ser utilizado como fuente de energía renovable continua en lugares aislados sin conexión a la red: ésto es un gran avance si consideramos que unos 750 millones de personas en el mundo no tienen acceso a la electricidad por la noche.
Además de la energía eléctrica generada directamente por las células fotovoltaicas a partir de los rayos del sol, el generador termoeléctrico incorporado al sistema consigue generar energia adicional durante el día. En concreto, su sistema consigue generar 50 mW/m2 de energía con un cielo nocturno despejado, con una tensión de circuito abierto de 100mV, que es un orden de magnitud superior al de las demostraciones anteriores. El hecho que éstos paneles puedan producir energia por la noche, significa que se podria prescindir de las baterias, hasta ahora necesarias en los emplazamientos fuera de la red; ésto seria un iportante ahorro.
El dispositivo genera electricidad por la noche a partir de la diferencia de temperatura entre la célula solar y su entorno, gracias a un generador termoeléctrico incorporado a la placa, a un disipador de calor y a un fenómeno natural llamado enfriamiento radiactivo.
El enfriamiento radiativo es el proceso por el cual un cuerpo pierde calor por radiación térmica. El enfriamiento radiativo se experimenta comúnmente en noches sin nubes, cuando el calor se irradia al espacio desde la superficie de la Tierra o desde la piel de un observador humano. En el caso del sistema de la atmósfera de la Tierra, el enfriamiento por radiación es el proceso por el cual se emite radiación de onda larga (infrarroja) para equilibrar la absorción de energía de onda corta (luz visible) del sol.
Por la noche, las células solares desprenden calor que va hacia el cielo, alcanzando así temperaturas algunos grados por debajo del aire ambiental. El dispositivo desarrollado utiliza un módulo termoeléctrico para generar tensión y corriente a partir del gradiente de temperatura entre la célula y el aire. Para ello, el sistema cuenta con un diseño térmico que incluye un lado caliente y uno frio. "Es necesario que la termoeléctrica tenga muy buen contacto tanto con el lado frío, que es la célula solar, como con el lado caliente, que es el ambiente", explica el autor Sid Assawaworrarit. "Si no es así, no se obtendrá mucha energía".
El montaje es barato y en principio, podría incorporarse a las células solares existentes. La instalación también es sencilla, por lo que su construcción en lugares remotos con recursos limitados es viable. "Lo que hemos conseguido es construirlo todo con componentes disponibles en el mercado, tener un contacto térmico muy bueno y que lo más caro de todo el sistema sea la propia termoeléctrica", explica el autor Zunaid Omair.
Utilizar la electricidad por la noche para iluminar requiere unos pocos vatios de potencia. El dispositivo actual genera 50 mW/m2, lo que significa que la iluminación requeriría unos 20 metros cuadrados de superficie fotovoltaica.
"Ninguno de estos componentes se diseñó específicamente para este fin", afirma el autor Shanhui Fan. "Así que creo que hay margen de mejora, en el sentido de que, si uno realmente diseñara cada uno de estos componentes para nuestro propósito, creo que el rendimiento podría ser mejor".
El equipo pretende optimizar el aislamiento térmico y los componentes termoeléctricos del dispositivo. También están estudiando mejoras de ingeniería en la propia célula solar para mejorar el rendimiento de la refrigeración radiativa sin influir en su capacidad de captación de energía solar.
Fuentes: https://aip.scitation.org, https://es.wikipedia.org, https://scitechdaily.com
