Un sistema termofotovoltaico convierte radiación de baja energía (correspondiente a la parte infrarroja del espectro, generalmente) en electricidad por medio de dispositivos fotovoltaicos similares a las células solares convencionales, denominados células fotovoltaicas . La radiación suele provenir en este caso de un material incadescente denominado radiador o emisor, que se calienta generalmente utilizando sistemas de combustión de materiales orgánicos, isótopos radiactivos u otras alternativas hasta alcanzar temperaturas en el rango de los 1000°C – |700°C. Para aprovechar eficienciemente dicha radiación de baja energía del emisor se necesitan células termofotovoltaicas fabricadas con semiconductores de un ancho de banda prohibida más reducido que el de las células solares convencionales, entre los que destacan el antimoniuro de galio (GaSb), semiconductor III-V con un gap directo de 0.72 eV a 300°K (que le permite extender su respuesta espectral hasta el 1.75 micrometros) o el germanio (Ge) con gap indirecto de 0.66 eV (y respuesta espectral hasta 1.86 micrometros).

Utilizando esta misma idea, la idea básica de un Sistema Solar Termofotovoltaico (STPV) es sustituir la fuente de combustión que calienta el emisor por un sistema óptico de concentración de la radiación solar. Dicha radiación concentrada calienta el emisor hasta su temperatura de operación habitual (algo imposible utilizando luz solar sin concentrár). La siguiente figura muestra el esquema básico de estos sistemas

Entonces, ¿cómo consigue un sistema STPV aumentar la eficiencia de conversión de la radiación en electricidad?. La respuesta se encuentra en el hecho de que la fuente de radiación se ha trasladado del astro solar, astronómicamente lejano y, por ello, obviamente no manipulable, al interior del propio sistema.

Esto permite que el diseñado pueda actuar en dos direcciones:

  • Modificando las longitudes de onda de la radiación incidente y adaptándolas a la región espectral en la que las células termofotovoltaicas presentan mayores eficiencias de conversión, de manera análoga a lo que ocurre con los sistemas fotovoltaicos iluminados con luz monocromática. Para ello se recurre a la ingeniería de materiales para la elección y fabricación del emisor o radiador del sistema.
  • Permitiendo la recuperación o recirculación de los fotones no aprovechables por las células termofotovoltaicas, mediante la incorporación de filtros ópticos entre el emisor y las células y/o reflectores traseros que permiten redirigir dicha radiación de nuevo hasta el emisor, donde se reabsorbe y reutiliza para elevar la temperatura de operación del mismo.



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