A diferencia de los paneles fotovoltaicos tradicionales, que transforman la radiación en energía eléctrica gracias a las células solares, los generadores termoeléctricos solares convierten directamente la energía térmica del sol en electricidad mediante materiales capaces de producir corriente cuando existe una diferencia de temperatura.
Estos sistemas aprovechan el calor acumulado en un foco caliente, normalmente concentrado a través de espejos o lentes, y lo comparan con un foco frío, generando así un flujo de electrones. Este proceso, conocido como efecto Seebeck, permite producir electricidad sin necesidad de partes móviles, lo que se traduce en un menor desgaste y en una vida útil más larga, además de requerir menos mantenimiento. Su aplicación resulta especialmente interesante en zonas de alta radiación solar donde la eficiencia térmica puede ser aprovechada de forma continua.
La patente de un invento con gran potencial
Un equipo del Instituto de Óptica de la Universidad de Rochester, dirigido por Chunlei Guo, ha logrado un avance notable en los generadores termoeléctricos solares (STEG), aumentando su eficiencia por un factor de 15 sin modificar los materiales semiconductores, que tradicionalmente centraban los esfuerzos de mejora.
Hasta ahora, el escaso rendimiento había sido su principal limitación: menos del 1% de la energía solar se transformaba en electricidad, frente al alrededor del 20% que logran los sistemas fotovoltaicos domésticos. El nuevo diseño introduce avances en ingeniería óptica y térmica que reequilibran el foco de mejora hacia los extremos del dispositivo y no hacia los semiconductores, lo cual ha permitido obtener un salto significativo en rendimiento.
La clave del éxito reside en tres innovaciones combinadas. En primer lugar, en el extremo caliente del STEG se ha aplicado una tecnología denominada “metal negro”, creada con una serie de pulsos láser ultrarrápidos (femtosegundos) que graban estructuras nanométricas sobre tungsteno. Este tratamiento convierte el metal en un absorbente espectral selectivo: capta mejor la luz solar y reduce la pérdida de calor en otras longitudes de onda.
En segundo lugar, los investigadores han cubierto esta superficie metálica tratada con una fina lámina de plástico para crear un efecto invernadero a pequeña escala. Esta cubierta minimiza las pérdidas térmicas por convección y conducción, aumentando la temperatura del lado caliente.
Finalmente, en la parte fría del dispositivo se ha microestructurado aluminio usando también pulsos láser de femtosegundos, logrando un disipador térmico mucho más eficiente. Así se logra duplicar la capacidad de disipación respecto a un diseño convencional, gracias a su mejor rendimiento tanto en radiación como en convección.
| Elemento | Detalle destacado |
|---|---|
| Innovación técnica | Tecnologías basadas en láser de femtosegundo para optimizar superficies de tungsteno y aluminio. |
| Ganancia de eficiencia | Mejora de eficiencia por x15 sin modificar los semiconductores. |
| Diseño ingenioso | Combinación de “metal negro”, efecto invernadero y disipadores térmicos mejorados. |
| Aplicaciones futuras | Sensores, wearables y suministro en zonas sin acceso a la red eléctrica. |
| Relevancia para electromovilidad | Potencial para recarga auxiliar y energía complementaria en infraestructuras de movilidad eléctrica. |
Estos dos avances facilitan una mayor diferencia de temperatura entre ambas caras del STEG, lo que se traduce en un incremento de potencia de más de 15 veces, sin sacrificar la ligereza del sistema que solo aumenta su peso en un 25%.
La descripción de esta investigación se recoge en un artículo publicado en la revista Light: Science & Applications, que detalla la metodología completa y los logros técnicos alcanzados.
Este avance abre la puerta a aplicaciones en tecnologías emergentes como sensores inalámbricos para el Internet de las Cosas, dispositivos portátiles o vestibles, incluso para entornos rurales donde no hay red eléctrica disponible.
También tiene implicaciones directas en la movilidad eléctrica, puesto que es aplicable a estaciones de recarga o instalaciones complementarias capaces de generar electricidad a partir del calor residual o el sol, sin depender exclusivamente de paneles fotovoltaicos. Aunque aún está en fase experimental, la mejora de 15 veces en eficiencia convierte a los STEG en una tecnología con potencial para diversificar el suministro energético en infraestructuras de movilidad eléctrica, especialmente en entornos remotos o cuando se busca energía de respaldo.