Cargue su teléfono por la noche usando energía solar sin tener que almacenar la energía en baterías o super capacitores adicionales. ¿Crees que es imposible? Así que vea cómo esto es posible con algunas ideas muy interesantes que están surgiendo con la expansión de fuentes de energía alternativas.
Las leyes de la física son implacables, prohibiendo cualquier violación, como en el caso del principio de conservación de la energía. No podemos obtener más energía de la que podemos estar disponibles en una fuente, no podemos crear energía.
Sin embargo, si sabemos interpretar estas leyes podemos ver en ellas cosas que pueden haber pasado desapercibidas o incluso malinterpretadas dando lugar a soluciones tecnológicas que hasta entonces se consideraban imposibles.
Es lo que ocurre con la generación de electricidad, utilizando paneles fotovoltaicos o células solares durante la nota. No es una violación de las leyes de la física, sino más bien una forma de uso de la energía muy inteligente, que puede explicarse por las leyes de la termodinámica, más específicamente del ciclo Carnot.
Veamos cómo se puede hacer esto a partir de las noticias que recibimos en este agosto de 2020, en los que investigadores de la Universidad de Stanford anunciaron una celda "anti solar" capaz de "cosechar" energía por la noche y convertirla en energía eléctrica.
Las noticias de este tipo suelen, o utilizan un lenguaje técnico que el público en general o aquellos que no tienen una buena formación en física no entienden, o son demasiado simplistas, utilizando términos y formas de explicación que, además de difíciles de entender, no corresponden a la realidad. Usemos nuestras explicaciones de una manera muy didáctica.
Comencemos con el ciclo Carnot, citado anteriormente en este artículo.
Un poco de física
La idea se puede resumir de la siguiente manera. Si tenemos un sistema donde dos de sus partes están a diferentes temperaturas, el calor puede fluir entre ellas, desde el punto de temperatura más alto hasta el punto de temperatura más bajo. En este proceso, parte de la energía se puede convertir, por ejemplo, en fuerza mecánica, y entregarse a un sistema externo.
Carnot demostró a través de un teorema que una máquina que funciona de acuerdo con ese principio nunca tendría un rendimiento del 100%. Pero, aun así, el conocimiento de cómo funciona esto llevó a James Watts a la mejora de su máquina de vapor.
Para nosotros, lo que importa entender cómo funcionan las células antisolares es saber que, si tenemos dos lugares con temperaturas diferentes, podemos hacer que el calor fluya entre ellos, y como el calor es anergia, podemos aprovechar esa energía para algo, por ejemplo, generar electricidad.
Es lo que los investigadores han propuesto con una disposición bastante interesante de las cosas que también es válida para otros tipos de energía. Veamos la parte electrónica de todo.
La Electrónica
El hecho de que una juntura semiconductora pueda generar electricidad cuando recibe luz es bien conocido por todos y aprovechado en la fabricación de células solares.
Sin embargo, hay un efecto muy interesante que se manifiesta en las junturas semiconductoras y que se utiliza en dispositivos electrónicos o componentes: el efecto Peltier.
Si circulamos una corriente eléctrica en un dispositivo que tiene junturas semiconductoras, puede eliminar el calor de una región y transportarla a otra. Estos dispositivos se utilizan en pequeños refrigeradores de medicamentos o bebidas para caso e incluso en disipadores térmicos para componentes electrónicos.
Por lo tanto, una célula fotoeléctrica en el fondo también manifiesta el efecto Peltier y, con esto, se puede utilizar para mover el calor.
Si aplicamos una corriente eléctrica a una célula solar se enfría por un lado y se calienta por el otro. Ella puede usarse como un simple dispositivo refrigerador. Pero lo que es más importante es que, como muchos dispositivos electrónicos, también funciona "al contrario ".
Si un lado de una fotocélula o celda fotovoltaica es más frío que el otro, el flujo de calor que se produce entre ellos harán que se genere una pequeña tensión eléctrica. El ciclo De Carnot entra en acción.
En este flujo, parte de la energía se convierte en electricidad.
Esto también ocurre con un dispositivo de efecto Peltier del tipo utilizado en refrigeradores pequeños o disipadores térmicos que luego se pueden utilizar para generar electricidad, colocados entre dos ubicaciones que están a diferentes temperaturas.
Por supuesto, el rendimiento sigue siendo bajo, y también tenemos el hecho de que el ciclo Carnot no nos permite aprovechar el 100% de la energía disponible, dadas las calorías que se pueden transferir y la diferencia de temperatura entre los cuerpos, pero el calor y el frío existen en cualquier lugar.
Así que se nos ocurrió la idea de los investigadores de Stanford. A continuación, comenzamos desde el diagrama que se muestra en la figura 3.
En el techo de nuestra casa, por ejemplo, ponemos los paneles solares, pero los apoyamos en un material que puede almacenar calor.
Así, durante el día, este material permanece frío en relación con el entorno externo, e incluso mejora el rendimiento de las células en el suministro de energía.
Durante la noche, este material se calienta con el calor del entorno interno de la casa, cosechando el calor a través de un panel en el techo y transfiriéndolo a la celda que ahora comienza a comportarse en reversa, generando energía por el flujo de calor de la casa al medio ambiente en un proceso de irradiación.
A medida que la casa se enfría por la noche, la energía que fluye a través del panel solar genera electricidad.
Por supuesto, el rendimiento sigue siendo muy bajo, pero se puede obtener por la noche, con el enfriamiento de su casa, suficiente energía para cargar su teléfono celular, o incluso alimentar un pequeño sistema de iluminación de emergencia.
Vea entonces que donde existe la posibilidad de tener diferentes temperaturas, podemos obtener o almacenar energía. ¿Qué tal almacenar energía en el hielo que se forma en invierno en los hilos de los países, y aprovecharla en el verano cuando se derrite, para alimentar su equipo electrónico?