La investigación ha sido publicada en la revista Joule por Aaswath P. Raman y Shanhui Fan, profesores de ingeniería eléctrica en UCLA y Stanford respectivamente, con el llamativo título de 'Generating Light from Darkness'. Y es que uno de los problemas de los paneles solares es que solo pueden producir energía cuando el sol brilla, pero no durante las largas horas de noche.

En esos casos el uso de las baterías para almacenar la energía suele ser lo habitual, pero con el coste que viene asociado. Según los investigadores, este dispositivo tiene un coste muy reducido y puede ser una solución simple y efectiva para muchos usuarios.

Suficiente energía para iluminar una bombilla LED

Esta placa no se basa en el efecto fotovoltaico habitual. Para generar esta energía por la noche, los investigadores han aprovechado el principio de enfriamiento radiativo, el proceso por el cual un cuerpo pierde calor por radiación térmica. En la Tierra ocurre por la noche, cuando el planeta irradia el calor al espacio que ha ido absorbiendo a lo largo del día. Este proceso puede hacer también que el suelo se vuelva más frío que el aire. Y también es lo que genera la diferencia de temperatura entre un objeto expuesto al cielo nocturno y el aire que se utiliza para generar la electricidad.

Esquema del generador termoeléctrico nocturno y sus componentes clave.

 

Para comprobar que esta diferencia es suficiente, se ha creado una pequeña placa con un coste alrededor de unos 30 euros. Se trata de un módulo termoeléctrico de unos 20 centímetros consistente en una caja de espuma de poliestireno, cubierta con material de aluminio para el aislamiento térmico, una cubierta de plástico transparente a la radiación infrarroja y un disco de metal pintado de negro en la parte exterior hacia arriba y un bloque de aluminio en el interior. Entre ellos, se esconde el generador termoeléctrico acoplado entre el disco y el bloque.

Estos generadores, comúnmente llamados termopares, son dispositivos que generan electricidad cuando el calor pasa de un lado a otro. No es la primera vez que se utiliza esta tecnología y de hecho también se ha aprovechado en las sondas del espacio profundo, donde la luz solar es muy tenue y estos termopares sirven para generar energía eléctrica y alimentar por ejemplo a robots como el rover Curiosity en Marte, la misión Cassini a Saturno o los Voyagers.

 

Durante los tests, los científicos fueron capaces de generar unos 25 milivatios por metro cuadrado del disco. Una cantidad que podría aumentar a los 0,5 vatios por metro cuadrado en mejores condiciones de aislamiento o un clima más seco. Por el momento es suficiente para alimentar una pequeña bombilla LED, pero en el futuro y con discos más grandes también habría suficiente para iluminar una casa de manera continua durante la noche.

Por el día la placa se alimentaría de la luz solar y produciría energía a partir del calor del Sol hacia el disco y por la noche de manera inversa. Un mecanismo sencillo y barato, aunque poco eficiente. Y es que tenemos que tener en cuenta que estas cantidades son irrisorias en comparación con las placas solares normales, capaces de generar más de 100 veces más energía con el mismo tamaño. Pese a esto, la ventaja de este dispositivo es clara: poder generar electricidad en aquellos momentos donde las placas solares no pueden, con una energía igual de limpia basada en la luz y temperatura de la Tierra y con un coste más reducido que las baterías.

Termopar, principio de funcionamiento.

Un termopar (llamado también Termocupla por traducción del término inglés Thermocouple) es un transductor formado por la unión de dos metales distintos que produce una diferencia de potencial muy pequeña (del orden de los milivoltios) que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado «punto caliente» o «unión caliente» o de «medida» y el otro llamado «punto frío» o «unión fría» o de «referencia» (efecto Seebeck).

Normalmente los termopares industriales están compuestos por un tubo de acero inoxidable u otro material. En un extremo del tubo está la unión, y en el otro el terminal eléctrico de los cables, protegido dentro de una caja redonda de aluminio (cabezal).

En instrumentación industrial, los termopares son usados como sensores de temperatura. Son económicos, intercambiables, tienen conectores estándar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Su principal limitación está en la exactitud, pues es fácil obtener errores del sistema cuando se trabaja con precisiones inferiores a un grado Celsius.

El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila. Tanto los termopares como las termopilas son muy usados en aplicaciones de calefacción a gas.

Termopila

 

 

Termopila, compuesta de termopares múltiples en serie. Si los extremos de la izquierda y de la derecha están a la misma temperatura, los voltajes se cancelan, dando una salida cero. Si un lado está caliente y el otro frío, la producción total de voltaje resultante es igual a la suma de los diferenciales de voltaje de cada par.

Una termopila es un dispositivo electrónico que convierte energía térmica en energía eléctrica. Está compuesto de varios termopares conectados normalmente en serie o, menos generalmente, en paralelo.

Las termopilas no responden a la temperatura absoluta, sino que generan un voltaje proporcional a una diferencia de temperatura local o gradiente de temperatura.

Proporcionan un voltaje de salida en respuesta a un gradiente de temperatura, formando parte de dispositivos como los termómetros infrarrojos ampliamente utilizados por los profesionales médicos para medir la temperatura corporal. Son también utilizados ampliamente en sensores de flujo térmico (como la termopila de Moll y el pirheliómetro de Eppley) y en controles de seguridad de quemadores de gas.¹​²​³​ La diferencia de tensión generada por una termopila normalmente está en la gama de decenas o centenares de milivoltios.⁴​ Registrando las variaciones del nivel de la señal, el dispositivo puede proporcionar promedios volumétricos de temperatura.⁵​

También se utilizan para generar energía eléctrica a partir del calor desprendido por componentes eléctricos, el viento solar, los materiales radioactivos, la radiación láser o la combustión. El proceso es también un ejemplo del efecto Peltier (transferencia de la energía del calor en forma de corriente eléctrica), dentro de los procesos de transmisión de la energía entre puntos calientes y fríos.

Efecto termoeléctrico

 

El efecto termoeléctrico es la conversión de la diferencia de temperatura a voltaje eléctrico y viceversa. Un dispositivo termoeléctrico crea un voltaje cuando hay una diferencia de temperatura a cada lado. Por el contrario cuando se le aplica un voltaje, crea una diferencia de temperatura (conocido como efecto Peltier). A escala atómica (en especial, portadores de carga), un gradiente de temperatura aplicado provoca portadores cargados en el material, si hay electrones o huecos, para difundir desde el lado caliente al lado frío, similar a un gas clásico que se expande cuando se calienta; por consiguiente, la corriente es inducida termalmente.

Este efecto se puede usar para generar electricidad, medir temperatura, enfriar objetos, o calentarlos o cocinarlos. Porque la dirección de calentamiento o enfriamiento es determinada por el signo del voltaje aplicado, dispositivos termoeléctricos producen controladores de temperatura muy convenientes.

Tradicionalmente, el término efecto termoeléctrico o termoelectricidad abarca tres efectos identificados separadamente, el efecto Seebeck, el efecto Peltier, y el efecto Thomson. En muchos libros de texto, el efecto termoeléctrico puede llamarse efecto Peltier-Seebeck. Esta separación proviene de descubrimientos independientes del físico francés Jean Peltier y del físico estonio-alemán Thomas Johann Seebeck. El efecto Joule, el calor generado cuando se aplica un voltaje a través de un material resistivo, es fenómeno relacionado, aunque no se denomine generalmente un efecto termoeléctrico (y se considera usualmente como un mecanismo de pérdida debido a la no idealidad de los dispositivos termoeléctricos). Los efectos Peltier-Seebeck y Thomson pueden en principio ser termodinámicamente reversibles, mientras que el calentamiento Joule no lo es.

 

Véase también

• Efecto Seebeck, proceso físico responsable de la generación de voltaje en una termopila
• Materiales termoeléctricos de alto rendimiento usados para construir termopilas compactas de elevada potencia

 

Fuentes: 

• britannica.com 
• Wikipedia
• Xataca, Gidmodo, etc