Alemania desarrolla módulo solar que convierte luz en hidrógeno con eficiencia récord del 31,3%
Investigadores del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar en Friburgo, Alemania, han presentado un módulo solar capaz de convertir hasta el 31,3% de la luz solar directamente en hidrógeno, según anunció la institución. El sistema integra células fotovoltaicas de concentración con células de electrolizador de membrana de intercambio de protones, eliminando la necesidad de conversión de energía intermedia y acercando la producción de combustible limpio a la viabilidad comercial.
El equipo científico del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (ISE) en Friburgo, Baden-Wurtemberg, logró el avance al acoplar directamente células fotovoltaicas de concentración con células de electrolizador de membrana de intercambio de protones (PEM), según informó la institución. El diseño integrado permite la división directa del agua utilizando electricidad generada por las células solares, sin etapas de conversión intermedias.
"Nuestro nuevo récord muestra que el hidrógeno puede producirse de manera muy eficiente directamente a partir de la luz solar", declaró Frank Dimroth, físico reconocido por desarrollar algunas de las células solares más eficientes del mundo y director del Departamento de Fotovoltaica III-V y Tecnología de Concentración en el Instituto Fraunhofer ISE.
**Tecnología de concentración fotovoltaica**
El sistema se basa en fotovoltaica de concentración en lugar de paneles solares convencionales, según explicó Juan Francisco Martínez Sánchez, gerente de proyecto en el instituto, una de las instalaciones más grandes del mundo para investigación solar. "Para los módulos fotovoltaicos/electrólisis que hemos desarrollado, utilizamos lo que se conoce como fotovoltaica de concentración", dijo Sánchez.
La luz solar directa se concentra mediante una matriz de lentes Fresnel, un componente óptico compuesto por múltiples lentes Fresnel diminutas organizadas en una cuadrícula unidimensional o bidimensional. La luz se enfoca luego en células solares de multiunión III-V altamente eficientes que producen un voltaje de circuito abierto de más de cuatro voltios, según detalló el instituto.
Los investigadores conectaron estas células solares directamente al cátodo y ánodo de dos células de electrolizador PEM dispuestas en serie, logrando una correspondencia cuidadosa entre las características eléctricas de ambas tecnologías. Como resultado, el sistema transfiere electricidad directamente a la producción de hidrógeno sin etapas de conversión intermedias ni pérdidas de energía.
"Para la producción de hidrógeno, conectamos estas células solares directamente al cátodo y ánodo de dos células de electrólisis PEM conectadas en serie, logrando así una correspondencia perfecta entre las dos características eléctricas", señaló Tom Smolinka, director del departamento de electrólisis de membrana en el instituto.
**Resultados de las pruebas de campo**
El demostrador de prueba de concepto presenta un área de lente de aproximadamente 64 centímetros cuadrados, pero demostró con éxito la viabilidad del enfoque integrado bajo condiciones reales al aire libre, según el equipo de investigación.
En pruebas de campo, el demostrador al aire libre convirtió aproximadamente el 31,3% de la energía solar entrante en energía química almacenada en hidrógeno, según informó el instituto. La eficiencia se calculó utilizando el valor calorífico superior del combustible.
La tecnología utiliza células solares III-V, actualmente consideradas los dispositivos fotovoltaicos más eficientes del mundo. Estas células se han utilizado durante mucho tiempo en naves espaciales debido a su alto rendimiento y durabilidad, según explicaron los investigadores.
El equipo considera que los sistemas fotovoltaicos de concentración también podrían hacerlas económicamente viables para aplicaciones terrestres. Los resultados mostraron el potencial de los sistemas integrados fotovoltaicos-electrólisis para la producción eficiente de hidrógeno verde, según afirmaron.
**Etapa temprana de desarrollo**
Aunque el prototipo alcanzó una eficiencia récord, la tecnología aún se encuentra en una etapa temprana de desarrollo. "El desarrollo todavía está en sus primeras etapas, y es difícil decir qué tan rápido podremos lograr sistemas competitivos", declaró Dimroth en un comunicado de prensa.
Los investigadores buscan ahora inversores para comercializar la tecnología. "Para desarrollar aún más el concepto, estamos buscando inversores para nuestra empresa derivada planificada, Clearsun Energy", concluyó Dimroth.
El hidrógeno solar es una tecnología que utiliza luz solar y agua para producir hidrógeno, un combustible que no genera emisiones de carbono cuando se quema o se utiliza en celdas de combustible. La eficiencia del 31,3% lograda por el equipo alemán representa un avance significativo en la conversión directa de energía solar en combustible de hidrógeno, eliminando las pérdidas asociadas con sistemas que requieren múltiples etapas de conversión de energía.
El Instituto Fraunhofer ISE, ubicado en Friburgo, es reconocido internacionalmente como una de las principales instituciones de investigación en energía solar y tecnologías relacionadas. El desarrollo de este módulo solar de hidrógeno forma parte de los esfuerzos globales para desarrollar fuentes de energía limpia y reducir la dependencia de combustibles fósiles.
