Set 17, 2018

Células Solares Quentes

Ao converter o calor em feixes de luz focalizados, um novo dispositivo solar poderia gerar energia barata e contínua

Os painéis solares cobrem um número crescente de telhados, mas mesmo décadas depois de terem sido desenvolvidos, as placas de silício permanecem volumosas, caras e ineficientes. Limitações fundamentais impedem que estas placas foto-voltaicas convencionais absorvam mais do que uma fração da energia da luz solar.

Mas, uma equipa de cientistas do MIT construiu um tipo diferente de dispositivo de energia solar que utiliza engenharia inventiva e avanços na ciência de materiais para capturar muito mais energia solar. O truque é primeiro transformar a luz do sol em calor e depois convertê-la de volta à luz, mas agora concentra-se no espectro que as células solares podem usar. Embora vários pesquisadores estejam a trabalhar há anos na chamada termo-foto-voltaica solar, o dispositivo MIT é o primeiro a absorver mais energia do que sua célula foto-voltaica sozinha, demonstrando que a abordagem poderia aumentar drasticamente a eficiência.

As células solares de silício padrão captam principalmente a luz visual de violeta para vermelho. Esse e outros fatores significam que nunca podem transformar mais de 32% da energia solar em eletricidade. O dispositivo MIT ainda é um protótipo grosseiro, operando com apenas 6,8% de eficiência, mas, com vários aprimoramentos, pode ser duas vezes mais eficiente que a energia foto-voltaica convencional.

O passo fundamental na criação do dispositivo foi o desenvolvimento de algo chamado absorvedor-emissor. Funciona essencialmente como um funil de luz acima das células solares. A camada absorvente é construída a partir de nano-tubos de carbono preto sólido que capturam toda a energia da luz solar e convertem a maior parte em calor. À medida que as temperaturas chegam a cerca de 1.000 ° C, a camada emissora adjacente irradia essa energia de volta como luz, agora quase toda reduzida a bandas que as células foto-voltaicas podem absorver. O emissor é feito de um cristal fotónico, uma estrutura que pode ser projectada em nano-escala para controlar quais comprimentos de onda de luz fluem através dele. Outro avanço crítico foi a adição de um filtro óptico altamente especializado que transmite a luz sob medida enquanto reflecte quase todos os fótões inutilizáveis ​​de volta. Esta "reciclagem de fótões" produz mais calor.

Há algumas desvantagens na abordagem da equipa do MIT, incluindo o custo relativamente alto de certos componentes. Actualmente também funciona apenas no vácuo. Mas a economia deve melhorar à medida que os níveis de eficiência sobem, e os investigadores agora têm um caminho claro para alcançar isso. "Podemos adaptar ainda mais os componentes, agora que melhorámos a nossa compreensão do que precisamos para obter maiores eficiências", diz Evelyn Wang, professora associada que ajudou a liderar o esforço.

Os investigadores também estão a explorar maneiras de aproveitar outra força da termo-foto-voltaica solar. Como o calor é mais fácil de armazenar do que a electricidade, deve ser possível desviar quantidades excessivas geradas pelo dispositivo para um sistema de armazenamento térmico, que poderia então ser usado para produzir eletricidade mesmo quando o sol não está a brilhar. Se os investigadores puderem incorporar um dispositivo de armazenamento e aumentar os níveis de eficiência, o sistema poderá um dia fornecer energia solar limpa, barata e contínua.