MOST: Un dispositiu híbrid per generar electricitat i emmagatzemar energia tèrmica de manera eficient i sostenible

L’energia solar fotovoltaica s’ha convertit en una de les fonts renovables més importants per a la producció d’electricitat en el context de transició energètica, però encara presenta certs desafiaments per la producció solar intermitent i la demanda fluctuant d’energia. Per això, calen sistemes d’emmagatzematge eficients que permetin tenir energia disponible quan creix la demanda. Aquestes tecnologies, però, encara no tenen un rendiment òptim, sobretot per l’escalfament que experimenten, cosa que influeix en la producció d’energia i la durabilitat dels sistemes fotovoltaics. D’altra banda, les tecnologies d’emmagatzematge actuals, com les bateries, depenen de materials no sostenibles.

En aquest context, un equip de recerca internacional liderat pel Molecular Materials Group (MOMA) de la Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech (UPC), ha creat una tecnologia que dona resposta a aquests dos reptes. Es tracta del primer dispositiu híbrid que combina una cèl·lula solar de silici amb un sistema innovador d'emmagatzematge tèrmic molecular (MOST, per les sigles en anglès de MOlecular Solar Thermal Energy Storage Systems). Els resultats de la recerca s’han publicat recentment a la revista científica Joule.

El sistema MOST està format per molècules orgàniques que, quan són irradiades amb fotons d'alta energia, com la llum ultraviolada, experimenten una transformació química i emmagatzemen aquesta energia per al seu ús posterior. Com a particularitat del sistema, aquestes molècules també proporcionen refrigeració a la cèl·lula fotovoltaica en actuar com a filtre òptic i bloquejar els fotons que normalment causarien escalfament i reduirien l’eficiència del sistema. D’aquesta manera, el dispositiu permet tant generar electricitat com energia química emmagatzemada.

A diferència d’altres tecnologies que depenen de materials escassos, el sistema MOST utilitza elements comuns com el carboni, l’hidrogen, l’oxigen, el nitrogen i el fluor, de manera que ofereix una alternativa d’emmagatzematge d’energia més sostenible.

Millores en l’eficiència energètica

Amb el nou dispositiu s’aconsegueix millorar l'eficiència energètica de forma significativa. En les proves experimentals s’ha aconseguit una eficiència rècord d’emmagatzematge d’energia solar tèrmica molecular del 2,3%. La integració d’aquest sistema híbrid permet també una reducció de la temperatura de la cel·la fotovoltaica de fins a 8 °C, de forma que es redueixen les pèrdues energètiques per calor, amb un augment de l'eficiència del 12,6% de la fotovoltaica. El dispositiu combinat funciona amb una eficiència d’utilització solar de fins al 14,9%, una xifra que representa una millora respecte als dos sistemes solars híbrids quan funcionen de manera independent. 

La combinació d'energia fotovoltaica amb emmagatzematge tèrmic molecular no només permetrà millorar l'eficiència energètica, sinó que també contribuirà a reduir la dependència dels combustibles fòssils i a minimitzar l'impacte ambiental associat a altres formes d'emmagatzematge d'energia, com les bateries basades en materials escassos i contaminants.

Amb aquest dispositiu híbrid, es preveu poder donar resposta a la demanda creixent d’energia neta i d’emmagatzematge eficient, un pas més cap a la transició energètica.

El dispositiu s’ha desenvolupat en el marc dels projectes ERC PHOTHERM i EU FET-PROACT MOST, finançats per la Unió Europea amb 2 i 4,3 milions d’euros, respectivament. A més de la UPC, han participat en el projecte la Universitat de Cambridge, del Regne Unit; la Universitat Chalmers de Tecnologia, de Suècia, i l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC), entre altres.

Més informació:

• Hybrid solar energy device for simultaneous electric power generation and molecular solar thermal energy storage
  [Article científic publicat a la revista Joule]