Separar el hidrógeno de las moléculas de agua mediante electrólisis requiere energía, que idealmente debería provenir de fuentes renovables. Los científicos del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (ISE) han desarrollado un módulo combinado fotovoltaico/electrolítico que utiliza eficientemente la energía solar para producir hidrógeno directamente. El principio consiste en aprovechar el alto voltaje fotoinducido de las células solares multunión para descomponer las moléculas de agua, estando estas células solares conectadas eléctrica y térmicamente con las celdas del electrolizador. Un demostrador probado al aire libre por el equipo de investigación puede convertir hasta un 31,3% de la energía solar en energía química, basado en el poder calorífico superior del hidrógeno.
“Para nuestro módulo fotovoltaico/electrolítico, hemos utilizado la denominada tecnología fotovoltaica de concentración”, explica el Dr. Juan Francisco Martínez Sánchez, director del proyecto en el Fraunhofer ISE. “Una matriz de lentes de Fresnel concentra la luz solar directa sobre células solares III-V de alta eficiencia, que en esta aplicación presentan una tensión de circuito abierto superior a 4 voltios”. Las células solares III-V son las más eficientes del mundo y han demostrado su fiabilidad y estabilidad a largo plazo durante años. Actualmente se utilizan principalmente en el ámbito espacial, pero también pueden generar electricidad de forma rentable en la Tierra en módulos de energía solar de concentración.
“Para producir hidrógeno, conectamos estas células solares directamente a los cátodos y ánodos de dos celdas de electrolizador PEM en serie, logrando así una perfecta adaptación de sus características eléctricas”, añade el Dr. Tom Smolinka, responsable del departamento de electrólisis de membrana del Fraunhofer ISE. De este modo, la electricidad generada por las células solares se utiliza directamente para producir hidrógeno, sin necesidad de etapas de conversión intermedias, evitando así pérdidas. En las pruebas de campo, el demostrador de este nuevo módulo fotovoltaico/electrolítico, con una superficie de lente de 64 centímetros cuadrados, convirtió hasta un 31,3% de la energía solar en energía química, basado en el poder calorífico superior del hidrógeno.
“Nuestro nuevo récord demuestra que la luz solar puede utilizarse directamente para producir hidrógeno de manera eficiente”, afirma el Dr. Frank Dimroth, responsable del departamento de fotovoltaica III-V y tecnología de concentración del Fraunhofer ISE. “Este desarrollo se encuentra aún en una fase temprana, por lo que es difícil precisar cuándo podremos lograr un sistema competitivo. Para seguir avanzando en este concepto, estamos buscando inversores para nuestra empresa emergente prevista, Clearsun Energy”.