Los investigadores han desarrollado un nuevo generador termoeléctrico (TEG) que puede generar electricidad de forma continua utilizando el calor del sol y un elemento radiativo que libera calor en el aire. Debido a que funciona durante el día o la noche y en condiciones nubladas, el nuevo TEG autoalimentado podría proporcionar una fuente de energía confiable para pequeños dispositivos electrónicos como sensores exteriores.
“Las fuentes de energía tradicionales, como las baterías, tienen una capacidad limitada y requieren un reemplazo o recarga regulares, lo que puede ser inconveniente e insostenible”, dijo el líder del equipo de investigación, Jing Liu, de la Universidad de Jimei en China. “Nuestro nuevo diseño TEG podría ofrecer una solución de energía sostenible y continua para dispositivos pequeños, abordando las limitaciones de las fuentes de energía tradicionales como las baterías”.
Los TEG son dispositivos de estado sólido que usan diferencias de temperatura para generar electricidad sin partes móviles. En la revista Optics Express de Optica Publishing Group, Liu y un equipo multiinstitucional de investigadores describen y demuestran un nuevo TEG que puede generar simultáneamente el calor y el frío necesarios para crear una diferencia de temperatura lo suficientemente grande como para generar electricidad incluso cuando el sol no está.
“El diseño único de nuestro generador termoeléctrico autoalimentado le permite trabajar continuamente, sin importar el clima”, dijo Liu. “Con un mayor desarrollo, nuestro TEG tiene el potencial de impactar una amplia gama de aplicaciones, desde sensores remotos hasta dispositivos electrónicos portátiles, promoviendo un enfoque más sostenible y ecológico para impulsar nuestra vida diaria”.
Impulsando el rendimiento de TEG
Leyenda: (a) El TEG autoalimentado puede producir electricidad en días despejados y nublados. (b) La energía eléctrica normalizada generada por el dispositivo bajo tres condiciones diferentes.
Crédito: Haoyuan Cai, Universidad Jimei
Cuando un material termoeléctrico experimenta un gradiente de temperatura, los electrones fluirán de la parte caliente a la parte fría, generando una corriente eléctrica. Aunque existen TEG basados en este fenómeno, tienden a producir diferencias de temperatura inestables y no generan suficiente electricidad para ser útiles.
Para hacer frente a estas limitaciones, los investigadores desarrollaron un nuevo tipo de TEG. Utiliza un componente llamado absorbente solar de banda ultra ancha (UBSA) para capturar la luz solar, que calienta un lado del generador. Simultáneamente, otro componente llamado emisor de enfriamiento radiativo plano (RCE) enfría el otro lado liberando calor. Tanto el UBSA como el RCE se pueden aplicar a un sustrato flexible, lo que podría ser útil para alimentar dispositivos portátiles, por ejemplo.
Debido a que el poder de calentamiento del UBSA es significativamente mayor que el poder de enfriamiento del RCE bajo una intensidad normal de luz solar, los investigadores colocaron el RCE sobre un UBSA con un área más grande. Cuando la luz del sol incide en todo el dispositivo, las partes sin sombra de UBSA absorben la energía del sol para calentarse mientras que el RCE en la parte superior comienza a enfriarse. La combinación de calefacción y refrigeración crea una diferencia de temperatura que se convierte en electricidad.
Por la noche o en días nublados, la diferencia de temperatura se reduce significativamente debido a la ausencia de luz solar directa. Sin embargo, todavía hay alguna diferencia de temperatura que se puede utilizar para generar electricidad, aunque con una eficiencia menor en comparación con un día soleado.
Generación de energía en la noche
Para probar el dispositivo, los investigadores realizaron experimentos al aire libre bajo diferentes condiciones climáticas. Supervisaron la salida de voltaje del dispositivo y descubrieron que podía generar electricidad de forma continua durante el día y la noche y durante las condiciones diurnas nubladas. El dispositivo logró una salida de voltaje pico de 166,2 mV durante el día despejado, suficiente para alimentar un sensor o dispositivo pequeño. Durante la noche despejada y el día nublado, generó 14,7 mV y 95 mV, respectivamente.
“Nuestro método innovador para combinar el calentamiento solar con el enfriamiento radiativo permite que el TEG genere electricidad sin interrupciones”, dijo Haoyuan Cai, miembro del equipo de investigación. “Esto podría mejorar el acceso a servicios críticos, particularmente en áreas remotas o subdesarrolladas donde las fuentes de energía tradicionales no están disponibles”.
Los investigadores ahora están trabajando para optimizar aún más la eficiencia, la durabilidad y la escalabilidad del dispositivo y planean probar su estabilidad y confiabilidad a largo plazo en diversas condiciones. También quieren explorar el potencial de producción en masa a un costo razonable y realizar mejoras en el rendimiento y la adaptabilidad del dispositivo a diferentes aplicaciones.
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