Baterías termofotovoltaicas para almacenar grandes cantidades de electricidad renovable desde 4 €/ kWh

Investigadores del Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid (IES-UPM) han desarrollado un sistema capaz de almacenar grandes cantidades de electricidad renovable durante largos periodos de tiempo de forma muy económica y proporcionar calor y electricidad bajo demanda.

El sistema, descrito en un artículo publicado recientemente en Joule, utiliza la generación excedente a partir de energías renovables intermitentes, como la solar o la eólica, para fundir metales baratos, como el silicio o las aleaciones de ferrosilicio, a temperaturas superiores a los 1.000ºC. Las aleaciones de silicio pueden almacenar grandes cantidades de energía durante su proceso de fusión. Este tipo de energía se llama “calor latente”. Por ejemplo, un litro de silicio almacena más de 1 kWh de energía en forma de calor latente, que es precisamente la cantidad de energía que contiene un litro de hidrógeno presurizado a 500 bar. Sin embargo, a diferencia del hidrógeno, el silicio se puede almacenar a presión atmosférica, lo que hace que el sistema sea potencialmente más económico y seguro.

El calor almacenado se convierte en electricidad

Cuando el silicio se funde a más de 1000ºC brilla como el sol. Por lo tanto, es posible volver a convertir el calor irradiado en electricidad utilizando células fotovoltaicas.

“Los llamados generadores termofotovoltaicos son como instalaciones fotovoltaicas en miniatura que pueden producir hasta 100 veces más potencia que una planta de energía solar convencional”, explican los autores del estudio: si un metro cuadrado de panel solar produce 200 W, un metro cuadrado de panel termofotovoltaico produce 20 kW.

La eficiencia de conversión de las células termofotovoltaicas también es mayor: oscila entre el 30 y el 40% en función de la temperatura de la fuente de calor (frente al 15% y el 20% de los módulos habituales).

El hecho de que solo una fracción del calor almacenado se convierta nuevamente en electricidad no es necesariamente un problema. Si el sistema es lo suficientemente barato, bastaría con recuperar solo el 30-40% de la energía en forma de electricidad para que sean preferibles a otras tecnologías más caras, como las baterías de iones de litio. Además, el 60-70% restante del calor que no se convierte en electricidad puede entregarse directamente a edificios, fábricas o ciudades, lo que reduciría su consumo de gas natural.

Las aleaciones de silicio y ferrosilicio pueden almacenar energía a un costo de menos de 4 € por kWh, que es 100 veces más barato que las actuales baterías estacionarias de iones de litio. El coste total tras incorporar el contenedor y el aislamiento térmico ascendería a los 10 € por kWh si el sistema es de más de 10 MWh, ya que el coste del aislamiento térmico sería una pequeña fracción del coste total del sistema.

Después de más de 10 años de investigación en el IES-UPM, se ha fabricado el primer prototipo a escala de laboratorio en el marco de un proyecto europeo (AMADEUS), y los investigadores del IES-UPM ya están formando el equipo necesario para escalar la tecnología y probar su viabilidad a gran escala.

“Desarrollar este tipo de sistemas puede ser clave para reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles, no solo en el sector eléctrico, sino también en el térmico”, señala Alejandro Datas, investigador del IES-UPM que lidera el proyecto.