Recuperación del calor residual de las células solares mediante un generador termoeléctrico
Científicos italianos han creado un sistema fotovoltaico termoeléctrico híbrido (HTEPV) basado en un generador termoeléctrico y una célula solar de perovskita de amplio espacio. El dispositivo es capaz de recuperar el calor residual de las instalaciones fotovoltaicas y generar electricidad adicional. Según sus creadores, esta configuración requiere celdas de gran espacio porque son menos sensibles a la temperatura en términos de eficiencia.
El dispositivo consta de un generador termoeléctrico (TEG) optimizado junto con un amplio contacto térmico en la parte posterior de Células solares de perovskita con huecos.
Imagen: Universidad Sapienza de Roma Tor Vergata
Un equipo de investigación estadounidense e italiano ha creado un sistema fotovoltaico termoeléctrico híbrido (HTEPV) que es capaz de recuperar el calor residual de sus células solares y uso Genera salida de energía adicional.
El dispositivo consta de un generador termoeléctrico (TEG) optimizado en contacto térmico con la parte posterior de una célula solar de perovskita con una superficie de 1 cm2 a través de una capa de grasa térmica e. Cuando están en contacto térmico, las dos unidades están separadas eléctricamente.
"HTEPV debe utilizarse una vez que se cumplan los dos requisitos principales relacionados con los componentes fotovoltaicos", dijo el coautor del estudio, Bruno Lorenzi, a Photovoltaics Magazine. La primera es que utilizan células con una amplia banda prohibida. Los investigadores estiman que se necesitan celdas con una brecha de energía superior a aproximadamente 1,6 eV porque las celdas con brechas grandes son menos sensibles a la temperatura en términos de rendimiento. El segundo requisito es que el sistema tenga suficiente potencia de entrada para elevar suficientemente la temperatura.
El calor fluye de forma natural a través del TEG porque su lado frío permanece a temperatura ambiente, mientras que el lado caliente, que está en contacto térmico con la batería, está a alta temperatura. El efecto Seebeck, que crea una conversión directa de la diferencia de temperatura entre dos materiales semiconductores en tensión eléctrica, produce esta diferencia, que luego se convierte en energía eléctrica adicional.
Células solares de perovskita para dispositivos fotovoltaicos termoeléctricos.
Imagen: Universidad Sapienza de Roma Tor Vergata
Los científicos decidieron no utilizar técnicas de división espectral típicamente utilizadas en estas aplicaciones, dirigiendo diferentes partes del espectro solar a dispositivos fotovoltaicos o TEG. "En términos de mejora final de la eficiencia, es más conveniente mantener la célula solar a la misma temperatura que el lado caliente del TEG, en lugar de mantener la célula fría pero perdiendo la mayor parte del calor recuperable", explicó el académico del dispositivo. Se eligió basándose en células solares de amplio espacio basadas en perovskitas porque son menos sensibles a las altas temperaturas. Explican además: "Los materiales sensibles a la temperatura, como el silicio, pierden demasiada eficiencia para facilitar la hibridación".
El TEG se coloca en un tubo de vacío para minimizar el intercambio de calor con el medio ambiente. Es capaz de extraer el calor residual de las células solares y transferirlo a su placa fría, donde se disipa a través de fluidos. Su extremo frío está recubierto con grasa de silicona termoconductora en el fondo de la cámara de vacío y su temperatura está controlada por un termopar tipo K. "Cuando un componente TEG se expone a una diferencia de temperatura, se produce un aumento del potencial eléctrico entre sus electrodos fríos y calientes debido al efecto Seebeck", explica Lorenzi. "Así, una vez que el TEG está conectado a la carga, crea un flujo de corriente". La extracción de calor de las células solares puede proporcionar ganancias de eficiencia de 0,2 a 3,05 por ciento, según los científicos. Aunque el equipo probó diferentes tipos de células solares de gran espacio para sistemas HTEPV, se descubrió que los dispositivos basados en perovskita tenían el mejor rendimiento en términos de eficiencia de conversión de energía.
"No es fácil evaluar el coste de esta tecnología, ya que depende mucho del tipo de sistema que se esté considerando", subrayan los investigadores italianos. “El costo del material termoeléctrico en sí es insignificante ya que el volumen por unidad de área es casi innecesario. Según él, lo que puede aumentar el costo del dispositivo son el disipador de calor, los tubos de vacío y los concentradores utilizados para el montaje. Se empieza por la tecnología de concentradores y sistemas de refrigeración para desarrollar un híbrido a muy bajo coste y sin problemas. “Hay que evaluar cuidadosamente otras situaciones.
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Se puede encontrar una descripción completa del dispositivo termoeléctrico-fotovoltaico en el artículo Desarrollo práctico de sistemas híbridos termoeléctricos-fotovoltaicos altamente eficientes basados en células solares de amplio espacio publicado en Applied Energy. El equipo de investigación incluye colegas. de Milán, Italia Científicos de la Universidad de Becock y la Universidad de Roma Tor Vergata y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos