Un equipo de investigadores del Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE (Fraunhofer ISE) desarrolló un innovador módulo que integra generación fotovoltaica y electrólisis en un solo sistema, alcanzando una eficiencia récord de hasta 31,3% en la conversión directa de energía solar en hidrógeno.

El avance representa un paso relevante hacia la producción de hidrógeno renovable de forma más eficiente y con menos pérdidas energéticas, al eliminar la necesidad de componentes intermedios entre la generación eléctrica y el proceso de electrólisis.

La tecnología combina células solares multijuntura de alta eficiencia con celdas de electrólisis PEM conectadas directamente. Gracias a esta integración, la electricidad producida por los paneles solares se utiliza inmediatamente para dividir las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno, evitando las pérdidas asociadas a convertidores de potencia y otros equipos eléctricos.

“Para los módulos fotovoltaicos-electrolizadores que desarrollamos utilizamos lo que se conoce como fotovoltaica de concentración”, explicó el Dr. Juan Francisco Martínez Sánchez, responsable del proyecto en Fraunhofer ISE. El sistema emplea una matriz de lentes Fresnel que concentra la radiación solar sobre células solares III-V, consideradas las más eficientes del mundo, capaces de generar un voltaje superior a 4 voltios y tradicionalmente utilizadas en aplicaciones espaciales.

Según el investigador, esta tecnología también puede utilizarse de forma competitiva en aplicaciones terrestres mediante módulos fotovoltaicos de concentración.

Por su parte, el Dr. Tom Smolinka, director del Departamento de Electrólisis e Infraestructura de Hidrógeno de Fraunhofer ISE, señaló que las células solares fueron conectadas directamente al cátodo y al ánodo de dos celdas de electrólisis PEM instaladas en serie, logrando una coincidencia prácticamente perfecta entre las características eléctricas de ambos sistemas.

“De esta manera, la electricidad generada por las células solares se utiliza directamente para producir hidrógeno, sin desvíos y, por lo tanto, sin pérdidas”, indicó.

El demostrador desarrollado por Fraunhofer ISE cuenta actualmente con una superficie de lentes de 64 centímetros cuadrados y fue probado en condiciones reales de operación al aire libre. Durante estas pruebas alcanzó una eficiencia máxima del 31,3%, calculada sobre la base del poder calorífico superior (Higher Heating Value, HHV) del hidrógeno producido.

Para el director del Departamento de Fotovoltaica III-V y Tecnología de Concentración de Fraunhofer ISE, Dr. Frank Dimroth, el resultado demuestra el potencial de esta tecnología para transformar la producción de hidrógeno renovable.

“Nuestro nuevo récord demuestra que es posible producir hidrógeno de manera muy eficiente directamente a partir de la luz solar”, afirmó.

No obstante, el investigador reconoció que el desarrollo aún se encuentra en una etapa temprana y que todavía es prematuro estimar cuándo podrá competir comercialmente con otras tecnologías de producción de hidrógeno.

Con el objetivo de acelerar su desarrollo y futura industrialización, el equipo de investigación está buscando inversionistas para impulsar la creación de la empresa derivada (spin-off) Clearsun Energy, que tendrá como misión llevar esta tecnología desde el laboratorio hacia aplicaciones comerciales.

El avance de Fraunhofer ISE abre una nueva vía para simplificar la producción de hidrógeno verde, integrando en un único dispositivo la captación de energía solar y la electrólisis, una combinación que podría reducir costos, aumentar la eficiencia del sistema y contribuir al despliegue de soluciones de hidrógeno renovable en regiones con alta irradiación solar.

Fuente: FCR ISE
Imagen: Schematic (left) and photograph (right) proof-of-concept of the concentrator PV-driven electrolyzer.