Termofotovoltaica: Funcionamiento, presente y futuro

La termofotovoltaica (siglas TPV en inglés) emerge como una tecnología disruptiva en el panorama energético, ofreciendo la conversión directa de calor en electricidad. A diferencia de las células solares tradicionales empleadas en los paneles fotovoltaicos, que dependen de la luz solar visible, la termofotovoltaica captura la energía infrarroja emitida por cualquier fuente de calor, abriendo un abanico de posibilidades inimaginables.

Principio de Funcionamiento:

El funcionamiento de un sistema termofotovoltaico se basa en dos componentes clave:

  1. Emisor Térmico: Este elemento se calienta a una temperatura elevada, liberando una radiación infrarroja rica en energía. Los materiales empleados en el emisor varían según la aplicación, desde materiales cerámicos para altas temperaturas hasta semiconductores para aplicaciones de baja temperatura.
  2. Célula Fotovoltaica: Diseñada con un material semiconductor sensible a la radiación infrarroja, la célula fotovoltaica absorbe los fotones emitidos por el emisor y genera una corriente eléctrica. La eficiencia de este proceso depende de la banda prohibida del material semiconductor, la temperatura del emisor y la calidad de la célula.

Ejemplo de funcionamiento:

explicación funcionamiento de la termofotovoltaica
Explicación del funcionamiento de la tecnología termofotovoltaica

Utilizamos un combustible, por ejemplo gasolina, para calentar una superficie emisora hasta aproximadamente 1200 grados, por lo que el emisor irradiará fotones de alta energía.

Las células fotovoltaicas sobre las que incide este espectro (fotones de alta energía provenientes de la fuente de calor) convierten en electricidad los fotones con energías superiores a la banda prohibida de la célula fotovoltaica.

La parte restante del espectro que no se puede convertir se disipa en forma de calor en la célula fotovoltaica.

La función del filtro consiste en no dejar pasar a los fotones irradiados desde el emisor que no superen las longitudes de onda de la banda prohibida de la célula. De este modo se evita el sobrecalentamiento de la célula de fotones que no van a contribuir a su funcionamiento de generar electricidad. Esos fotones filtrados, son reflejados y vuelven al emisor.

Ventajas de la Termofotovoltaica:

Aunque aún no se ha comercializado, la termofotovoltaica presenta muchas ventajas:

  • Versatilidad: La termofotovoltaica no se limita a la luz solar, pudiendo aprovechar cualquier fuente de calor, como:
    • Energía solar concentrada: Los sistemas solares de concentración concentran la luz solar para calentar un emisor termofotovoltaica, generando electricidad de forma eficiente y limpia.
    • Calor industrial residual: El calor residual de procesos industriales, normalmente desperdiciado, puede alimentar un sistema termofotovoltaico para producir energía adicional.
    • Calor corporal: La termofotovoltaica, algún día, incluso podría llegar a usarse para convertir el calor corporal en electricidad, abriendo la puerta a aplicaciones portátiles y dispositivos médicos.
    • Eficiencia: La termofotovoltaica posee un potencial de eficiencia superior a los sistemas termoeléctricos tradicionales, convirtiéndola en una opción atractiva para la generación de energía.
    • Escalabilidad: La tecnología termofotovoltaica se puede adaptar a diversas aplicaciones, desde grandes centrales eléctricas hasta dispositivos portátiles.
    • Sostenibilidad: La termofotovoltaica no produce emisiones directas de CO2, contribuyendo a la lucha contra el cambio climático y a un futuro más sostenible.

Desventajas de la Termofotovoltaica:

Sin embargo, al ser una tecnología relativamente nueva, aún presenta algunas desventajas:

  • Costosa: La termofotovoltaica, al ser una tecnología en desarrollo, aún presenta costes relativamente altos en comparación con otras fuentes de energía. Sin embargo, se espera que los costes disminuyan con la maduración de la tecnología y la producción a gran escala.
  • Temperatura: La termofotovoltaica actualmente requiere generalmente altas temperaturas para funcionar, lo que puede suponer un desafío en términos de materiales y diseño de sistemas.
  • Materiales: Los materiales utilizados en las células termofotovoltaica, como el telururo de cadmio, pueden ser sensibles a la degradación y tener un impacto ambiental. Se están investigando materiales alternativos más eficientes y sostenibles.

Aplicaciones de la Termofotovoltaica:

Al igual que la fotovoltaica convencional, la termofotovoltaica posee diversidad de aplicaciones posibles:

  • Generación de energía: La termofotovoltaica se perfila como una alternativa viable para la generación de energía renovable a partir de la energía solar concentrada, el calor residual industrial e incluso el calor corporal.
  • Transporte: La termofotovoltaica puede ser utilizada para alimentar vehículos eléctricos e híbridos, aumentando la eficiencia y la autonomía de los mismos.
  • Electrónica portátil: La termofotovoltaica ofrece una solución innovadora para alimentar dispositivos portátiles y recargar baterías de forma autónoma, incluso en entornos sin acceso a la red eléctrica.
  • Aplicaciones espaciales: La termofotovoltaica se presenta como una fuente de energía ideal para satélites y naves espaciales, donde la energía solar no siempre está disponible.

Conclusiones:

La termofotovoltaica se encuentra en una etapa de desarrollo aunque ya con avances significativos en eficiencia y reducción de costes y ya existen proyectos internacionales de pruebas para, en un futuro próximo, comenzar su implantación a mayor escala.

Su capacidad para convertir cualquier fuente de calor en electricidad abre un sinfín de posibilidades para un futuro más sostenible y eficiente. A medida que la investigación y el desarrollo continúen, la termofotovoltaica se posicionará como una fuente de energía clave en la transición hacia un futuro energético más limpio y diversificado.

Autor / Redactor:

José Alfonso Alonso Lorenzo

Profesional Fotovoltaico desde 2006.

  • Ingeniero técnico Industrial por la Escuela Politécnica de Ferrol.
  • Experto en Solar Fotovoltaica por el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas de Madrid en 2009-2010.
  • Experto Profesional en Energía Fotovoltaica, por la UNED 2010-2011.
  • Gerente y Responsable de Compras en SunFields Europe desde 2010.

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