La versión estándar de las células solares es un fotodiodo, un dispositivo semiconductor que genera corriente cuando los fotones se irradian desde una fuente calentada a una temperatura más alta. Sin embargo, es posible realizar en cierto sentido el esquema inverso, en cuyo marco interactúa un fotodiodo con una temperatura más alta a través de la radiación con una superficie fría. En este caso, se dice que el diodo está en un estado de iluminación negativa.
Los físicos, hace varios años, demostraron que bajo condiciones ideales y de absorción solo en un rango estrecho, la eficiencia de la producción de energía tiende a la eficiencia marginal en los motores térmicos, definida por el teorema de Carnot.
La radiación de la Tierra
En general, la energía se puede generar en todas las situaciones en las que hay un flujo de calor de un cuerpo más cálido a uno menos caliente. Lo habitual en este caso es la conversión de la energía de radiación solar en electricidad en la superficie de una Tierra relativamente más fría. Sin embargo, también se puede usar la radiación de la propia Tierra, en cuyo caso el resto del Universo será el cuerpo frío, la temperatura promedio en la cual está determinada por los fotones del CMB es aproximadamente de 2.7 Kelvin.
El uso de la luminiscencia infrarroja de los cuerpos en la Tierra permite crear potencialmente fuentes de energía renovable que operan según los mismos principios que los paneles solares, pero que operan de noche.
En un estudio dirigido por Shanhui Fan de la Universidad de Stanford, por primera vez se demostró experimentalmente la producción de energía eléctrica utilizando un fotodiodo dirigido al cielo nocturno. "Demostramos experimentalmente la generación de energía eléctrica directamente de la frialdad del Universo", escriben los científicos.
Los autores utilizaron radiación en longitudes de onda de 8 a 13 micras, para las cuales la atmósfera es transparente. Como resultado, lograron generar una corriente eléctrica con una potencia de aproximadamente 64 nanovatios por metro cuadrado de instalación. La eficiencia de conversión de energía fue de 2,3 × 10%-5%. Tales valores se asocian con la correspondencia imperfecta de los parámetros del diodo utilizado y la ventana de transparencia atmosférica, así como otros efectos parásitos.
Bajo, pero teóricamente útil
Los investigadores construyeron un modelo teórico que toma en cuenta tanto las pérdidas en la atmósfera como la no idealidad del diodo. Como resultado, llegan a la conclusión de que el límite teórico de tales instalaciones es de aproximadamente 4 vatios por metro cuadrado, es decir, aproximadamente un millón de veces más de lo que se demostró en el trabajo actual.
A pesar del hecho de que es significativamente menor que la generación de celdas solares modernas, para las cuales los valores típicos están en el nivel de 100-200 vatios por metro cuadrado, el uso de iluminación negativa en teoría debería ser suficiente para que muchos dispositivos funcionen de noche. Otro uso de esta tecnología puede ser el uso de calor disipado por partes de máquinas calentadas.
Recientemente, los investigadores han enseñado a la fotomatriz a generar simultáneamente energía a partir de la luz registrada y corregirla. Además, los científicos han demostrado la posibilidad de convertir la luz en electricidad en sistemas naturales no vivos, algunos tipos de suelo y cortezas minerales que se forman en la superficie de las piedras en un clima seco y caluroso.https://nmas1.org/news/2019/05/09/energia-frio-universo
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