Batería de flujo redox de vanadio que integra módulos CIGS

Científicos del Instituto de Investigación Energética de Cataluña del IREC de España y de la Universidad Aalto de Finlandia han combinado baterías de flujo redox de vanadio (VRFB) con mini módulos solares basados en tecnología de cobre, indio, galio y selenio (CIGS) en un solo dispositivo, en un intento por aprovechar su alta densidad de energía.

Los investigadores dijeron que el alto voltaje de los VRFB presentó un desafío para la integración de los dispositivos fotovoltaicos, ya que los primeros aumentan continuamente el estado de carga de la batería, mientras que la unidad fotovoltaica debe cumplir adecuadamente con los requisitos de energía del sistema de almacenamiento.

«El principal desafío a resolver para el sistema integrado es emparejar el punto de máxima potencia fotovoltaica y la batería de flujo redox teniendo en cuenta el cambio potencial inherente de este último», dijeron.

Integraron mini paneles del especialista estadounidense en CIGS SoloPower como fotoelectrodos integrados con las baterías, sin electrónica de potencia adicional. La lámina de CIGS se cortó en pequeñas celdas de 5,1 cm2 a 5,3 cm2,. El grupo de investigación los utilizó para fabricar módulos fotovoltaicos de tres y cuatro celdas, a los que se refirieron como «3 CM» y «4 CM», respectivamente. Los paneles tenían diferentes potenciales de circuito abierto y densidades de corriente.

«Las áreas geométricas finales de los 3 CM y 4 CM fueron de 16 y 20,4 cm2», dijeron los investigadores.

Las pruebas de carga/descarga fotoasistidas se realizaron en una celda electroquímica adaptada. El módulo CIGS se integró mediante acoplamiento en el lado negativo de la celda, entre la ventana de Poli(metacrilato de metilo) (PMMA) y el colector de corriente de grafito. Se insertó un electrodo de referencia en el lado negativo de la célula.

Los científicos iluminaron los paneles con un simulador solar PEC-L01. Tanto la fotocorriente generada por el sistema fotovoltaico como el potencial de circuito abierto en la célula se siguieron con un potenciostato biológico VMP3, que controla la tensión y mide la corriente resultante.

Los académicos afirmaron que la prueba mostró que las células CIGS tenían una tensión de circuito abierto de 0,6 V, una corriente de cortocircuito de 35 mA cm2 y una eficiencia de 10,3%.

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«Las estrategias de interconexión alternativas, como la interconexión monolítica, probablemente podrían conducir a una mejor eficiencia de las células solares que el método de tabulación utilizado en el presente trabajo», explicaron.

Los valores de tensión de circuito abierto alcanzados para los mini paneles fueron lo suficientemente altos, según el grupo de investigación, para lograr la carga de foto imparcial en el dispositivo. Sin embargo, la variación potencial del voltaje de la celda de la batería determinó una disminución de la fotocorriente. En el panel de 4 CM, alcanzó el 21%, pero alcanzó el 59% en el módulo de 3 Cm. Esto ilustra claramente que» el punto de operación en este sistema no es el óptimo, por lo que probablemente esto podría limitar la carga fotográfica del VRFB», dijeron los investigadores.

El mini módulo con cuatro celdas conectadas en serie logró una carga de foto totalmente imparcial bajo 1 iluminación solar, lo que resultó en una alta energía del 77%, una eficiencia de carga solar a batería del 7,5% y una eficiencia de conversión de energía de ida y vuelta general del 5,0%. Estos valores, según los científicos, superaron todos los valores reportados en la literatura para los VRFB solares.

El módulo de tres celdas, que se probó con dos configuraciones de batería diferentes, mostró una dependencia total del potencial de circuito abierto de la batería y un rendimiento de potencia más bajo, debido a un voltaje de celda más bajo.

«Hemos demostrado el enorme potencial de este tipo de sistema de almacenamiento de energía personalizando por primera vez la fotovoltaica comercial de película delgada, lo que podría arrojar luz sobre el camino para el desarrollo futuro de tales baterías solares basadas en configuraciones más simples utilizando tecnología ya existente», concluyeron los científicos.

Presentaron su prototipo de batería en «Adaptation of Cu(In, Ga)Se2photovoltaics for full unbiased photocharge of integrated solar vanadium redox flow batteries», que se publicó recientemente en Sustainable Energy & Fuels.

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