El nuevo sistema, que ha sido publicado en la revista Energy, se encuentra en proceso de patente en Estados Unidos y tiene como finalidad originar una nueva generación de centrales termosolares de bajo coste, así como novedosos sistemas de almacenamiento de electricidad y cogeneración para núcleos urbanos.
El equipo investigador explica que el imparable progreso de las energías renovables, en particular de las energías eólica y fotovoltaica, ha creado un nuevo reto en el sector energético a escala mundial: el almacenamiento de este tipo de energía dispersa e intermitente. En los últimos años se han desarrollado un gran número de dispositivos para este fin.
Algunos han alcanzado ya una fase avanzada de demostración e incluso de comercialización, como el almacenamiento conectado en red mediante baterías de litio o de sodio-sulfuro. Este es el caso también de la energía termosolar, que se almacena directamente en forma de calor en sales fundidas para luego producir electricidad bajo demanda mediante un generador térmico.
Los investigadores de la UPM matizan que, sin embargo, no deja de haber problemas con las soluciones existentes: desde un coste excesivo hasta problemas de seguridad, pasando por posibles problemas de escasez de recursos materiales en el futuro. Por ello, centros de investigación y empresas de todo el mundo están buscando soluciones alternativas que utilicen materiales abundantes, de bajo coste y que carezcan de grandes riesgos para la seguridad de las personas.
La clave del sistema: células termofotovoltaicas
En el nuevo sistema de almacenamiento de energía que están desarrollando, la energía de entrada, bien sea directamente energía solar o la electricidad excedente de una central de generación renovable, se almacena en forma de calor en silicio fundido a muy altas temperaturas, a unos 1.400 grados centígrados.
El silicio tiene unas propiedades únicas que le confieren la capacidad de almacenar más de 1 megavatio-hora de energía en un metro cúbico, es decir, unas diez veces más que con las sales empleadas actualmente en las centrales termosolares. El silicio se mantiene fundido aislándolo térmicamente del entorno hasta que dicha energía es demandada, en cuyo momento se produce la transformación del calor almacenado en electricidad.
Y aquí viene el truco, como señala Alejandro Datas, investigador promotor de este proyecto. “A estas temperaturas tan altas, el silicio brilla intensamente, del mismo modo que lo hace el sol, y por tanto pueden emplearse células fotovoltaicas –que en este caso se denominan termofotovoltaicas– para convertir dicha radiación incandescente en electricidad. El uso de células termofotovoltaicas es la clave de este sistema, ya que cualquier otro tipo de generador difícilmente podría trabajar a temperaturas tan extremas. Además, este tipo de células producen del orden de 100 veces más potencia eléctrica por unidad de área que una célula solar convencional y son capaces de alcanzar mayores eficiencias de conversión, teóricamente incluso superiores al 50%”.
El resultado final es un sistema extremamente compacto, sin partes móviles, silencioso, capaz de almacenar hasta diez veces más energía que las soluciones existentes y que emplea materiales abundantes y de bajo coste.
Sectores candidatos
a usarlo
Se prevé que la primera aplicación de estos dispositivos sea en el sector de la energía termosolar, donde se evitarían los complejos sistemas utilizados en la actualidad que emplean fluidos de transferencia de calor, válvulas y turbinas para producir electricidad, explican desde el Instituto de Energía Solar. Al simplificar la configuración, se podrán reducir drásticamente los costes de la energía generada, que unido a una mayor capacidad de almacenamiento, pueden convertir esta solución en una de las más rentables de entre todas las alternativas de generación renovables.
En el medio-largo plazo estos sistemas podrían también emplearse para almacenar electricidad en el sector residencial y gestionar todas las necesidades energéticas (electricidad y calefacción) de los núcleos urbanos.
El equipo de investigadores de la UPM ha conseguido financiación a través de un proyecto Explora del Ministerio de Economía y Competitividad con el cual empezarán a fabricar el primer prototipo a escala de laboratorio. En paralelo, los investigadores están poniendo en marcha un proyecto empresarial (Silstore) con el cual pretenden industrializar estos desarrollos. Por el momento, dicho proyecto ha sido reconocido como una de las mejores start-up nacidas en 2015 en la UPM.
