Termoeléctricos de Próxima Generación Desbloquean un Aumento de 15x en la Producción Solar

A medida que la energía renovable proviene de recursos naturales y se repone, puede ayudar a reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles, abordar el cambio climático y satisfacer nuestra necesidad de un futuro energético sostenible.

Estas abundantes fuentes de energía, naturalmente renovables y con emisiones mínimas, incluyen la luz solar, el viento, el agua, la biomasa y el calor geotérmico.

Entre ellas, la energía solar es la principal fuente de energía renovable. Con el sol como una fuente infinita de energía, la energía solar es inagotable, lo que la convierte en la fuente de energía renovable más abundante disponible.

En 2024, la energía solar global alcanzó un máximo histórico, con instalaciones superando los 600 GW, un aumento del 33% respecto al año anterior, representando el 81% de toda la nueva capacidad de energía renovable a nivel mundial. Como resultado, la energía solar representó aproximadamente el 7% del suministro eléctrico global, casi duplicando su participación en la combinación eléctrica en solo tres años.

La Agencia Internacional de Energía (IEA) realmente espera que la energía fotovoltaica (PV) se convierta en la mayor fuente de energía renovable para 2029, beneficiándose de políticas regulatorias de apoyo y la fuerte disminución del costo de la electricidad generada a partir de paneles solares. 

Una celda PV o una celda solar es un dispositivo que convierte la luz solar directamente en energía eléctrica. Algunas celdas pueden incluso convertir luz artificial en electricidad. Sin embargo, no están libres de problemas. Una de las limitaciones principales de una celda PV es su temperatura, que impacta significativamente su eficiencia de conversión.

Esto es donde entra en juego otra tecnología ampliamente utilizada, la termoeléctrica solar (TE). 

Más Allá de los PV Solares hacia Generadores Termoeléctricos Solares (STEGs)

Un generador termoeléctrico (TEG) puede abordar el desafío de la eficiencia de conversión en las celdas PV al convertir el calor desperdiciado en energía eléctrica.

Los TEG son conocidos por su alta fiabilidad, larga vida útil y ausencia de partes mecánicas móviles, lo que los convierte en una opción viable y prometedora para integrarse con celdas PV en aplicaciones de alta temperatura.

También llamado generador Seebeck, un generador termoeléctrico (TEG) es un dispositivo que convierte el calor directamente en electricidad mediante el efecto Seebeck.

En este efecto, una diferencia de temperatura entre dos conductores o semiconductores diferentes genera voltaje, causado por el movimiento de los portadores de carga. 

Cuando se aplica calor a uno de los conductores o semiconductores, los electrones se desplazan hacia el extremo más frío, creando una diferencia de potencial. Si se conecta a través de un circuito, la corriente continua fluye por él.

Así, basándose en el efecto Seebeck, los materiales TE generan un voltaje cuando se les somete a una diferencia de temperatura entre sus extremos. Cuando se colocan entre un absorbente solar y un disipador de calor para establecer una diferencia de temperatura y generar energía, se les conoce como generadores termoeléctricos solares (STEGs).

La eficiencia de conversión térmica a eléctrica de estos STEG está determinada por el factor de mérito adimensional (ZT) del material TE y la diferencia de temperatura entre el lado caliente y el lado frío del dispositivo.

Como resultado, los absorbentes solares de los STEG tienen una banda de absorción mucho más amplia, permitiendo que se utilice la energía fotónica de todo el espectro solar, a diferencia de los PV solares que solo pueden usar una banda estrecha de luz cercana a la banda prohibida del semiconductor. Sin embargo, su eficiencia termoeléctrica es muy baja.

Según la investigación más reciente, el valor ZT del material TE sigue rondando uno, incluso después de décadas de investigación exhaustiva. ZT es una métrica clave para evaluar el rendimiento de los materiales termoeléctricos, y un valor ZT más alto indica un material termoeléctrico más eficiente para generar electricidad a partir de una diferencia de temperatura dada.

La falta de materiales termoeléctricos (TE) de alta eficiencia y disipadores de calor compactos para la disipación de calor es lo que limita la adopción comercial de los STEG.

Para abordar estos problemas, un equipo de investigadores ha desarrollado una estrategia que puede aumentar la generación de energía del STEG 15 veces mientras incrementa el peso solo un 25%.

Desafíos de Eficiencia de los STEG: La Necesidad de Mejores Absorbentes y Disipadores de Calor

Las necesidades energéticas globales están aumentando rápidamente, impulsadas por el crecimiento poblacional y económico. 

Según la IEA, la demanda global de electricidad aumentó un 4,3% en 2024, un gran salto respecto al aumento del 2,3% en 2023.

Así, de cara al futuro, el mundo necesitará un suministro de energía cada vez mayor, pero, más importante aún, energía limpia para combatir el cambio climático, reducir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y lograr la independencia energética.

En esta búsqueda de energía limpia sostenible, los investigadores se han volcado a los generadores termoeléctricos solares (STEG) como una fuente prometedora de generación eléctrica solar, ya que pueden aprovechar no solo la luz solar sino también otras formas de energía térmica.

Actualmente, sin embargo, la mayoría de los STEG convierten menos del 1% de la luz solar en electricidad, mientras que los sistemas de paneles solares residenciales pueden alcanzar una eficiencia de conversión del 15% al 20%.

Por lo tanto, para aprovechar realmente estos dispositivos, primero debemos superar sus limitaciones de eficiencia.

Lo que necesitamos es idear nuevas formas de mejorar la generación de energía de los STEG. Los generadores termoeléctricos solares producen más energía con mayores diferencias de temperatura, y eso se puede lograr maximizando la absorción de energía solar y minimizando la pérdida de calor en el lado caliente mientras se disipa eficientemente el calor en el lado frío.

Además, los STEG podrían resultar valiosos para alimentar dispositivos electrónicos portátiles, sensores médicos, redes de sensores inalámbricos y dispositivos avíónicos.

Sin embargo, estas aplicaciones de alta densidad de potencia requieren absorbentes solares selectivos (SSAs) ligeros para el lado caliente y disipadores de calor para el lado frío. Para aprovechar al máximo la energía solar, el absorbente (SSA) debe presentar una alta absorción óptica en el rango espectral solar (300–2500 nm) mientras mantiene una baja emisividad en el IR (2,5–20 μm) para minimizar la pérdida por radiación. 

El rendimiento óptico de los absorbentes puede optimizarse mediante el diseño estructural y la selección de materiales.

Esto incluye absorbentes plasmónicos, absorbentes de doble capa cerámica, absorbentes de película multicapa y absorbentes de cristal fotónico. Sin embargo, a pesar de todos estos avances, la mayoría de los absorbentes requieren equipos complejos y procesos de fabricación que consumen tiempo, lo que restringe su escalado a un costo asequible.

Además, aumentar la potencia de salida del STEG a menudo requiere sistemas de refrigeración voluminosos y complejos para reducir la temperatura del lado frío y aumentar la diferencia de temperatura, lo que representa otro desafío.

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Tecnología de Metal Negro y Láseres de Femtosegundo: Una Estrategia Revolucionaria

Para superar los problemas de los STEG, los investigadores del Instituto de Óptica de la Universidad de Rochester han desarrollado una estrategia de ingeniería espectral y gestión térmica que redujo el peso y aumentó la producción de energía.

Nuevas técnicas para crear este dispositivo STEG más potente están detalladas en un estudio¹ publicado en Light: Science and Applications.

“Durante décadas, la comunidad investigadora se ha centrado en mejorar los materiales semiconductores utilizados en los STEG y ha logrado modestos avances en la eficiencia global.”

– Chunlei Guo, profesor de óptica y física y científico senior en el Laboratorio de Energética Láser de Rochester.

Él añadió:

“En este estudio, ni siquiera tocamos los materiales semiconductores; en su lugar, nos centramos en los lados caliente y frío del dispositivo. Al combinar una mejor absorción de energía solar y atrapamiento de calor en el lado caliente con una mejor disipación de calor en el lado frío, logramos una mejora asombrosa en la eficiencia.”

La clave aquí fue la tecnología especial de metal negro. En 2020, el mismo equipo demostró que al usar un láser de femtosegundo (fs), lo que les ayudó a crear estructuras metálicas no hundibles² unos meses antes, también pudieron desarrollar generadores de energía solar altamente eficientes³.

En ese momento, convirtieron la superficie brillante y altamente reflectante de un metal en un negro mate, llamándolo tecnología de metal negro. Con pulsos de láser de femtosegundo, pueden volver casi cualquier metal completamente negro.

El equipo experimentó con cobre, acero, aluminio y tungsteno. Tras el tratamiento con estructuras a nanoescala, descubrieron que el tungsteno tenía la mayor eficiencia de absorción solar. Pudieron mejorar la eficiencia de la producción termoeléctrica en un 130% en comparación con el tungsteno sin tratar, que se usa comúnmente como absorbente solar térmico.

Así, basándose en eso, esta vez los investigadores transformaron un tungsteno (W) regular en el lado caliente en un absorbente (W-SSA) mediante la técnica de procesamiento con láser fs.

El tungsteno se transformó en ‘metal negro’ al volver su superficie completamente negra, lo que lo hizo altamente eficiente en la absorción selectiva de luz en las longitudes de onda solares mientras reducía la disipación de calor en otras longitudes de onda.

Esto se logró mediante un grabado ultra rápido y preciso, usando potentes pulsos de láser fs, que crearon estructuras a nanoescala en la superficie del metal. Así, en lugar de modificar los materiales semiconductores, el equipo mejoró cómo el lado caliente absorbe la luz solar y retiene el calor.

Se ha creado también una cámara de invernadero para absorbentes solares selectivos de tungsteno (W-SSA) para reducir la pérdida convectiva.

Para crear un mini invernadero, como en una granja, el metal negro se cubrió con una lámina de plástico. “Puedes minimizar la convección y conducción para atrapar más calor, aumentando la temperatura en el lado caliente”, dijo Guo. El equipo logró reducir la pérdida de calor en más del 40%.

Mientras tanto, en el lado frío, la misma técnica láser se utilizó para transformar un aluminio (Al) regular en un disipador de calor de gran capacidad con estructuras diminutas. Esto creó un disipador para mejorar la disipación de calor mediante radiación y convección. 

El rendimiento de refrigeración del aluminio tratado fue el doble que el de un disipador de calor de Al regular.

En todo esto, como vimos, la técnica de procesamiento con láser fs jugó un papel clave. Notablemente, esta técnica requiere solo un paso y es escalable. Esta sencilla técnica sustractiva también puede aplicarse a una variedad de materiales con geometrías complejas, como polímeros, vidrio, dieléctricos, semiconductores y metales.

Al ser un enfoque puramente físico, también es más amigable con el medio ambiente que otros métodos. 

El láser de femtosegundo (un cuatrillón de segundo) produjo una variedad de microestructuras en aluminio y nanoestructuras en tungsteno.

Luego, al optimizar el tamaño y la densidad de estas estructuras, los investigadores lograron aumentar la absorción solar del W mientras minimizaban su emisividad IR en el lado caliente. Obtuvieron una eficiencia de absorción superior al 80% a temperaturas elevadas.

En el lado frío, aumentaron la emisividad IR a lo largo del espectro completo de radiación de cuerpo negro para el aluminio y su área superficial para la disipación de calor. Al hacerlo, mejoraron enormemente la eficiencia de conversión solar a térmica.

El equipo demostró cómo su generador termoeléctrico solar (STEG) puede usarse para alimentar LED mucho más eficazmente que los métodos existentes.

La tecnología, señaló Gao, también podría usarse para alimentar dispositivos microelectrónicos como wearables, dispositivos inteligentes y sensores autónomos para el Internet de las Cosas (IoT). Además, puede servir como un sistema de energía renovable fuera de la red en áreas remotas y rurales.

Como señaló el estudio, los STEG también pueden usarse junto con dispositivos solares avanzados, como sistemas híbridos PV-TE de división espectral y células solares sensibilizadas por colorantes (DSC) de bajo costo, que pueden generar energía bajo condiciones de poca luz, mejorando así la producción de energía para aplicaciones de alta demanda.

Invertir en Energía Solar

En el sector de energía renovable, Nextracker Inc. (NXT ) destaca por ser una empresa de alto crecimiento.

Con una capitalización de mercado de 10 mil millones de dólares, las acciones de NXT se cotizan actualmente a 67,59 $, un 85 % de aumento este año hasta ahora. La semana pasada, las acciones de la compañía alcanzaron un nuevo máximo alrededor de 69 $. Con ello, su BPA (TTM) es 3,67 y su PER (TTM) es 18,42. No hay rendimiento de dividendos para obtener, sin embargo.

Nextracker Inc. (NXT )

Nextracker es un proveedor de plataformas tecnológicas solares que ofrece soluciones eléctricas, seguidores integrados y sistemas de optimización y control de rendimiento. La avanzada tecnología de la compañía permite que las plantas de energía solar sigan el movimiento del sol a través del cielo y optimicen el rendimiento.

Sus productos y servicios incluyen NX Foundation, NX Horizon, NX Navigator, NX Global, PowerworX, TrueCapture y Servicios de Balance Eléctrico del Sistema (eBOS).

Este mes, Nextracker publicó su informe de sostenibilidad, en el que señaló haber alcanzado una Tasa Total de Incidentes Registrables (TRIR) de 0,61, superando el objetivo de operaciones de seguridad de EE. UU. de 1,2.

Nextracker introdujo NX Foundation Solutions para mejorar la instalación solar en todo tipo de suelos. Los sistemas de seguidor de bajo carbono (LCT) NX Horizon también se han lanzado para reducir las emisiones de carbono (relacionadas con los seguidores) hasta en un 35 %.

En cuanto a emisiones de GEI y eficiencia de recursos, la compañía se comprometió a establecer objetivos alineados con el marco reconocido globalmente (SBTi), publicó su primer índice de divulgación financiera del clima de la Fuerza de Tarea (TCFD), obtuvo una garantía de terceros para sus datos de emisiones de GEI Alcance 1 y Alcance 2, y obtuvo la certificación ISO 14001:2015 para el Sistema de Gestión Ambiental en EE. UU.

También se obtuvo la certificación ISO 9001 para la gestión de calidad en operaciones en EE. UU., India y Brasil.

En medio de esto, Nextracker fue recientemente seleccionado por una de las mayores compañías de energía renovable en la nación sudamericana. Casa dos Ventos lo eligió para proporcionar 1,5 GW de sus sistemas de seguidores solares para sus cuatro nuevos proyectos en Brasil. Estos incluyen proyectos solares y híbridos solar‑e‑eólico.

“Asegurar un compromiso de múltiples proyectos de un líder de energía renovable como Casa dos Ventos refleja la creciente importancia de asociaciones confiables cuando se trata de rendimiento y fiabilidad a largo plazo en la industria solar actual.”

– Alejo López, vicepresidente, Nextracker América Latina

Nextracker también ha colaborado con UC Berkeley para establecer un nuevo centro de investigación (el CAL‑NEXT Center for Solar Energy Research) para avanzar la tecnología de plantas de energía solar y apoyar las futuras necesidades energéticas. La compañía realizó una contribución de 6,5 millones de dólares a la iniciativa.

En cuanto a las finanzas de la compañía, a finales del mes pasado, informó el primer trimestre del año fiscal 2026, que finalizó el 27 de junio de 2025. En este período, registró 864 millones de dólares en ingresos, un 20 % más interanual.

El beneficio bruto GAAP aumentó un 19 % interanual a 282 millones de dólares, mientras que el ingreso operativo GAAP subió un 16 % interanual a 186 millones de dólares. El beneficio bruto ajustado aumentó un 18 % a 285 millones de dólares, y el EBITDA ajustado subió un 23 % a 215 millones de dólares. El backlog total de Nextracker para este período superó los 4,75 mil millones de dólares.

También reportó un flujo de caja operativo de 81 millones de dólares y 743 millones de dólares en efectivo al final del trimestre, sin deuda. Durante este trimestre, la compañía invirtió 86,8 millones de dólares en adquisiciones estratégicas para respaldar nuevas iniciativas de crecimiento.

“Nextracker entregó otro trimestre sólido en todas las métricas financieras clave y vio un continuo impulso en la cuota de mercado.”

– Fundador y CEO Dan Shugar

El mes pasado, Nextracker anunció el lanzamiento de su iniciativa de negocio de IA y robótica. “Escalar la energía solar para satisfacer la demanda energética global requiere un nuevo nivel de autonomía en cómo construimos y operamos las plantas de energía”, dijo el recién nombrado director de IA y robótica, Dr. Francesco Borrelli.

Esto ocurre después de invertir más de 40 millones de dólares en adquisiciones para mejorar la implementación de plantas solares, la fiabilidad y el retorno de inversión a largo plazo. Estas incluyen OnSight Technology para sistemas de inspección autónoma y alerta de incendios, SenseHawk IP para crear mapas 3D de alta resolución de los sitios de proyectos solares, y Amir Robotics para reducir la pérdida de rendimiento relacionada con el suelo.

Según Shugar:

“Con millones de sensores y nodos de control ya desplegados en aproximadamente 100 GW de sistemas operativos en 40 países, Nextracker tiene una oportunidad única de aprovechar la IA y la robótica a gran escala.”

Últimas Noticias y Desarrollos de Acciones de Nextracker Inc. (NXT)

Conclusión

La energía solar es una de las formas más prometedoras y limpias de alimentar al mundo. Ya, la adopción de paneles solares está creciendo a un ritmo rápido, pero, por supuesto, el camino hacia la energía renovable no dependerá de una sola tecnología.

Los sistemas híbridos que combinan fotovoltaicos, termoeléctricos y nanomateriales avanzados serán clave para el futuro de la energía solar. 

Aunque las ineficiencias materiales limitaron antes la tecnología termoeléctrica solar, ahora está superando barreras mediante técnicas novedosas de gestión térmica y nanoestructuración. El último avance en STEG muestra que la innovación a nivel de material y estructural, no solo el rendimiento del semiconductor, puede desbloquear ganancias de eficiencia impresionantes y ayudar a satisfacer la creciente demanda energética.

Haga clic aquí para obtener una lista de las principales acciones de energía renovable.

Referencias:

1. Xu, T., Wei, R., Singh, S.C., et al. Aumento de 15 veces en el rendimiento del generador termoeléctrico solar mediante ingeniería espectral con láser de femtosegundo y gestión térmica. Light: Science & Applications, 14, 268, publicado el 12 de agosto de 2025. https://doi.org/10.1038/s41377-025-01916-9
2. Zhan, Z., ElKabbash, M., Cheng, J., Zhang, J., Singh, S., & Guo, C. Ensamblaje metálico superhidrofóbico altamente flotante para aplicaciones acuáticas. ACS Applied Materials & Interfaces, 11(51), 48512–48517, publicado el 26 de diciembre de 2019. https://doi.org/10.1021/acsami.9b15540
3. Jalil, S.A., Lai, B., ElKabbash, M., et al. Control de absorción espectral de metales tratados con láser de femtosegundo y aplicación en dispositivos solar‑térmicos. Light: Science & Applications, 9, 14, publicado el 4 de febrero de 2020. https://doi.org/10.1038/s41377-020-0242-y