es.wedoany.com Noticia: El equipo de investigación de la Universidad de Rochester (University of Rochester), al rediseñar la estructura de gestión térmica de un generador termoeléctrico solar (STEG), ha logrado aumentar la potencia de salida del dispositivo en aire ambiente hasta 15 veces en comparación con el diseño tradicional, sin modificar el material semiconductor. Los resultados se han publicado en la revista Light: Science and Applications.
Los generadores termoeléctricos solares aprovechan el efecto Seebeck (Seebeck effect), impulsando una corriente eléctrica al calentar un lado y mantener el otro frío, sin necesidad de piezas móviles ni reacciones químicas. Pueden utilizar fuentes de calor como el calor residual industrial, el calor corporal o la radiación solar dispersa. Sin embargo, la eficiencia de los diseños estándar para convertir la energía solar en electricidad en entornos al aire libre ha sido durante mucho tiempo inferior al 1%, mientras que la eficiencia de los paneles solares comunes para techos es de aproximadamente el 20%. Aunque los complejos montajes de laboratorio pueden mejorar ligeramente la eficiencia mediante sistemas de vacío, el rendimiento de los dispositivos cotidianos se ha mantenido estancado.
El equipo del profesor Chunlei Guo (Chunlei Guo) del Instituto de Óptica (Institute of Optics) de la Universidad de Rochester cambió el enfoque de la investigación, pasando de centrarse en los materiales semiconductores a la gestión térmica general del dispositivo. El equipo consideró que mejorando la capacidad de absorción y retención de calor en el lado caliente, y aumentando la eficiencia de disipación de calor en el lado frío, se podría aumentar la diferencia de temperatura entre ambos extremos del dispositivo, generando así más electricidad. Esta estrategia de doble enfoque evita por completo la mejora de la capa semiconductora.
En el lado caliente, los investigadores utilizaron pulsos de láser de femtosegundo para grabar estructuras a nanoescala en la superficie de tungsteno, preparando lo que el equipo denomina "metal negro" (black metal). Esta superficie absorbe selectivamente la luz de las longitudes de onda solares, reduciendo la pérdida de calor en otras bandas. Posteriormente, se cubrió el metal negro con una lámina de plástico transparente, creando un efecto invernadero en miniatura que aumenta aún más la temperatura del lado caliente al reducir las pérdidas por convección y conducción. En el lado frío, se utilizó el láser de femtosegundo para tratar aluminio común, grabando microestructuras que forman un radiador por radiación y convección, duplicando el rendimiento de enfriamiento de un disipador de aluminio estándar.
Con el diseño anterior, la potencia generada por este dispositivo STEG fue 15 veces mayor que la del dispositivo de referencia tradicional. El equipo verificó este resultado mediante una demostración práctica alimentando un LED. Aunque el valor absoluto de eficiencia aún no puede competir directamente con los paneles fotovoltaicos comerciales, este avance demuestra que es posible lograr un gran salto en el rendimiento del STEG en entornos atmosféricos no vacíos. La investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias (National Science Foundation), FuzeHub y el Instituto Goergen de Ciencia de Datos e Inteligencia Artificial (Goergen Institute for Data Science and Artificial Intelligence).
El equipo de investigación señaló que esta tecnología se puede aplicar en sensores inalámbricos de Internet de las Cosas, dispositivos portátiles que aprovechan el calor corporal y sistemas energéticos aislados de la red en zonas rurales sin cobertura eléctrica. Dado que el STEG no tiene requisitos estrictos de luz solar directa, cualquier gradiente de temperatura puede impulsar su funcionamiento. Actualmente, este resultado se encuentra aún en la fase de prueba de concepto, y se necesita mejorar aún más la eficiencia antes de su comercialización a gran escala. Este trabajo abre una nueva dirección de investigación en el campo de la termoelectricidad solar al demostrar la efectividad de la vía de gestión térmica.
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