Producción eficiente de hidrógeno solar mediante el acoplamiento directo de células solares de concentración y un electrolizador
El Fraunhofer ISE busca inversores para una empresa derivada
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La separación del hidrógeno de las moléculas de agua mediante electrólisis requiere energía, que, en teoría, debería proceder de fuentes de energía renovables. Científicos del Instituto Fraunhofer de Sistemas de energía solar (ISE) han desarrollado un módulo combinado fotovoltaico-electrolítico que produce hidrógeno de forma eficiente a partir de la energía solar. Para ello, la molécula de agua se separa utilizando el alto fotovoltaje de las células solares de múltiples uniones, que a su vez están conectadas eléctrica y térmicamente a las celdas del electrolizador. Un prototipo del equipo de investigación probado al aire libre convirtió hasta un 31,3 % de la energía solar en energía química, según el poder calorífico superior del hidrógeno.
Esquema (izquierda) y fotografía (derecha) que ilustran la prueba de concepto del electrolizador alimentado por energía fotovoltaica con concentrador.
© Fraunhofer ISE
«Para los módulos fotovoltaicos/de electrólisis que hemos desarrollado, utilizamos lo que se conoce como energía fotovoltaica de concentración», explica el Dr. Juan Francisco Martínez Sánchez, director del proyecto para este nuevo desarrollo en el Fraunhofer ISE. «Un conjunto de lentes de Fresnel concentra la luz solar directa sobre células solares III-V de alta eficiencia, que en esta aplicación tienen una tensión en circuito abierto de más de 4 voltios». Las células solares III-V son las más eficientes del mundo, han demostrado su eficacia a lo largo de muchos años y son estables a largo plazo. Actualmente, se utilizan principalmente en el espacio, pero también pueden producir electricidad de forma económica y eficiente en la Tierra mediante módulos solares de concentración.
«Para la producción de hidrógeno, hemos conectado estas células solares directamente al cátodo y al ánodo de dos celdas de electrólisis PEM conectadas en serie, logrando así una adaptación perfecta entre ambas características eléctricas», añade el Dr. Tom Smolinka, jefe del Departamento de Electrólisis de Membrana del Fraunhofer ISE. De este modo, la electricidad de las células solares se utiliza directamente para la producción de hidrógeno sin desvíos y, por lo tanto, sin pérdidas. En las pruebas de campo, el nuevo prototipo del módulo fotovoltaico/de electrólisis, con una superficie de lente de 64 centímetros cuadrados, convirtió hasta un 31,3 % de la energía solar en energía química, según el poder calorífico superior del hidrógeno.
«Nuestro nuevo récord demuestra que el hidrógeno puede producirse de forma muy eficiente directamente a partir de la luz solar», afirma el Dr. Frank Dimroth, director del Departamento de Fotovoltaica III-V y Tecnología de Concentradores del Fraunhofer ISE. «El desarrollo se encuentra aún en una fase inicial, y es difícil predecir con qué rapidez podremos conseguir sistemas competitivos. Para seguir desarrollando el concepto, estamos buscando inversores para nuestra futura empresa derivada, Clearsun Energy».
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