La respuesta a esto es la combinación de paneles solares de hidrógeno y un sistema de generación eléctrica tomando el hidrógeno que ayudan a producir esto paneles como combustible para esta generación.
Científicos del Laboratorio Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de los Estados Unidos han creado un nuevo dispositivo híbrido de fotosíntesis artificial denominado HEPV (célula híbrida fotoeléctrica y voltaica); por sus siglas en ingles.
Esta celda solar es capaz de generar dos tipos de energía mediante la división del agua (hidrógeno) y la captación de luz solar (energía eléctrica).
Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley; agregaron un contacto eléctrico adicional a la superficie posterior del componente de silicio, dando como resultado un dispositivo HPEV con dos contactos en la parte posterior en lugar de solo uno. La salida posterior adicional permitiría que la corriente se divida en dos; de modo que una parte de la corriente contribuya a la generación de combustibles solares y el resto se pueda extraer como energía eléctrica.
De acuerdo con sus cálculos un generador de hidrógeno solar convencional basado en una combinación de silicio (Si) y vanadato de bismuto (BiVO 4 ); generaría hidrógeno con una eficiencia del 6.8 %. En otras palabras, de toda la energía solar incidente que golpea la superficie de una celda; el 6.8 % se almacenará en forma de combustible de hidrógeno; y todo el resto se perderá.
Las celdas HPEV recolectan electrones sobrantes que no contribuyen a la generación de combustible. Estos electrones residuales se usan para generar energía eléctrica; lo que resulta en un aumento en la eficiencia de conversión de la energía solar. Por ejemplo, el mismo 6.8% de la energía solar se puede almacenar como combustible de hidrógeno en una célula HPEV hecha de BiVO 4; y otro 13.4 % de la energía solar se puede convertir en electricidad. Esto permite una eficiencia combinada del 20.2 %, tres veces más que las células de hidrógeno solar convencionales.
Pero como sucede todo esto y como es que puedes tener energía del sol las 24 horas del día?
Ya sabiendo que hemos dividio cada célula solar en dos salidas, parte de esta sera usada para abastecer de forma instantánea la demanda de energía mediante los métodos convencionales de generación energética fotovoltaica. (Las empresas que nos dedicamos a los cálculos y diseños de sistemas solares fotovoltaicos, después de realizar un análisis de red para determinar las curvas de consumo hora a hora podremos determinar el tamaño de la granja de paneles para cubrir la demanda durante las horas de sol con el porcentaje de energía que sera dispuesto para tal fin bajo esta tecnología de paneles híbridos de hidrógeno).
Ahora miremos como es que convertimos ese 6,8% de Energía destinada a la producción de hidrógeno en energía para la noche.
Para entender un poco mejor como es que se genera el hidrógeno tomemos esta imagen de un proceso de electrolisis convencional y supongamos que la FEM ( fuente de energía eléctrica) es el panel solar pero la generación del hidrógeno se realizara en la PEM como estaba dispuesto en los estudios anteriores. (sistema poco viable por los altos costos y las perdidas que se generan)
Este elemento conocido como PEM Electrolyser (electrolizador de membrana de intercambio de protones) cuenta con dos electrodos de materiales especiales que son el anado y el catodo, un electrolito que los separa y el otro componente, justo al lado del anodo, del cual extraeremos oxigen e hidrogeno es el agua.
Nuestra fuente de generación, la celda solar cierra el circuito incorporando electrones (cable negativo) por el catodo y conectando el cable positivo en el anodo.
En el electrodo negativo (catodo) protones son removidos por el electrolito formando cationes de Hidrógeno (H+) y gracias a un proceso de reacción entre la composición química transformada del catodo y los electrones provenientes de la FEM externa (nuestra celda solar) se produce el hidrógeno (2H+ + 2e- = H2)
En el electrodo positivo (ánodo) electrones son removidos por el electrolito, y el agua es oxidada en consecuencia a esto. Gracias a un proceso de reacción entre la composición química transformada del ánodo, el agua y los electrones provenientes de la FEM externa (nuestra celda solar) se produce oxigeno.
Ambos gases se acumulan en pipetas a presión y una vez llegada la noche serán la fuente de alimentación para una pila de combustible (sistema electroquimico en el que la energía producida por una reacción química entre el hidrógeno y el oxigeno se convierte en electricidad) quien nos entregará la energía eléctrica necesaria para nuestro consumo nocturno.
Pues bien, la ventaja de esta nueva tecnología en paneles hibridos de hidrógeno es que este va a generar el hidrógeno directamente en las celulas del panel tomando el agua del medio ambiente (no pasamos por la fase de la PEM) y entregando directamente el hidrógeno a la pila o celda de combustible a traves de la acumulación del gas en una pipeta con el objetivo de que con un buen calculo del sistema, durante el dia obtengamos energía electrica directamente del sol y por las noches sea de forma indirecta del sol a través del hidrógeno generado y acumulado para convertirlo en energía eléctrica a través de la pila o celda de combustible de hidrógeno. Como bono extra la pila de combustible a parte de generar energía eléctrica, con los iones generados en el cátodo y que atraviesan el electrolito hacia el ánodo, al tener contacto con el hidrógeno nos entregan también agúa pura.
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