La energía solar fotovoltaica se ha convertido en una de las fuentes renovables más importantes para la producción de electricidad en el contexto de transición energética, pero aún presenta algunos desafíos por la producción solar intermitente y la demanda fluctuante de energía. Por eso, se necesitan sistemas de almacenamiento eficientes que permitan tener energía disponible cuando crece la demanda. No obstante, estas tecnologías no tienen todavía un rendimiento óptimo, sobre todo por el calentamiento que experimentan, lo que influye en la producción de energía y la durabilidad de los sistemas fotovoltaicos. Por otro lado, las tecnologías de almacenamiento actuales, como las baterías, dependen de materiales no sostenibles.

Ahora, un equipo de investigación internacional liderado por el profesor ICREA Kasper Moth-Poulsen, investigador del Departamento de Ingeniería Química de la Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech (UPC) vinculado a la Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE) , ha creado una tecnología que da respuesta a estos dos retos. Se trata del primer dispositivo híbrido que combina una célula solar de silicio con un sistema innovador de almacenamiento térmico molecular (MOST, por las siglas en inglés de MOlecular Solar Thermal Energy Storage Systems). Los resultados de la investigación se han publicado recientemente en la revista científica Joule.

El sistema MOST está formado por moléculas orgánicas que, cuando son irradiadas con fotones de alta energía, como la luz ultravioleta, experimentan una transformación química y almacenan esta energía para su uso posterior. Como particularidad del sistema, estas moléculas también proporcionan refrigeración a la célula fotovoltaica al actuar como filtro óptico y bloquear los fotones que normalmente causarían calentamiento y reducirían la eficiencia del sistema. De este modo, el dispositivo permite tanto generar electricidad como energía química almacenada.

A diferencia de otras tecnologías que dependen de materiales escasos, el sistema MOST utiliza elementos comunes como el carbono, el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno y el flúor, de forma que ofrece una alternativa de almacenamiento de energía más sostenible.

Mejoras en la eficiencia energética
Con el nuevo dispositivo se consigue mejorar la eficiencia energética de forma significativa. En las pruebas experimentales se ha conseguido una eficiencia récord de almacenamiento de energía solar térmica molecular del 2,3%. La integración de este sistema híbrido permite también una reducción de la temperatura de la celda fotovoltaica de hasta 8 °C, de forma que se reducen las pérdidas energéticas por calor, con un aumento de la eficiencia del 12,6% de la fotovoltaica. El dispositivo combinado funciona con una eficiencia de utilización solar de hasta el 14,9%, una cifra que representa una mejora respeto los dos sistemas solares híbridos cuando funcionan de manera independiente.

La combinación de energía fotovoltaica con almacenamiento térmico molecular no solo permitirá mejorar la eficiencia energética, sino que también contribuirá a reducir la dependencia de los combustibles fósiles y a minimizar el impacto ambiental asociado a otras formas de almacenamiento de energía, como las baterías basadas en materiales escasos y contaminantes.

Con este dispositivo híbrido, se prevé poder dar respuesta a la creciente demanda de energía limpia y de almacenamiento eficiente, un paso más hacia la transición energética.

El dispositivo se ha desarrollado en el marco de los proyectos ERC PHOTHERM y EU HECHO-PROACT MOST, financiados por la Unión Europea con 2 y 4,3 millones de euros, respectivamente. Además de la UPC, en la investigación han participado investigadores e investigadoras de la Universidad Cambridge, en el Reino Unido; de la Universidad Chalmers de Tecnología, de Suecia, y del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC), entre otros.

Más información

• 'Hybrid solar energy device for simultaneous electric power generation and molecular solar thermal energy storage' [artículo científico publicado en la revista Joule]