Células solares de auto-resfriamento, mais duradouras e mais eficientes estão ao alcance simplesmente pela adição de uma fina camada de vidro.
Um artigo publicado hoje no jornal online Optica descreve uma possível solução para um melhor acesso à energia solar.
As células solares funcionam convertendo a radiação solar em energia. Através deste processo, uma certa quantidade de perda de energia é esperada.
Mas uma quantidade surpreendente de energia é perdida através do superaquecimento das células solares. Isso limita a capacidade da célula de produzir eletricidade e reduz sua vida útil.
Batendo o calor
O equipe de pesquisa da Universidade de Stanford, na Califórnia, descobriu que, quando uma fina camada de vidro de sílica embutido com minúsculas estruturas de cone e pirâmide é colocado sobre o topo das células solares de silício, a temperatura de operação das células caiu drasticamente.
Liderado pelo professor de Engenharia Elétrica Shanhui Fan, os pesquisadores descobriram que essa camada de vidro redireciona o calor indesejado através da atmosfera e para o espaço.
Ao eliminar o excesso de radiação infravermelha, as células solares permanecem frias e são mais eficientes na conversão de raios solares em energia.
Este desenho demonstra como as células solares se resfriam ao afastar a radiação térmica indesejada. As estruturas em pirâmide feitas de vidro de sílica fornecem capacidade máxima de resfriamento radiativo. L. Zhu / Stanford University
Este desenho demonstra como as células solares se resfriam ao afastar a radiação térmica indesejada. As estruturas em pirâmide feitas de vidro de sílica fornecem capacidade máxima de resfriamento radiativo. L. Zhu / Stanford University
O principal autor do estudo, o candidato a PhD em física, Linxiao Zhu, disse que a descoberta poderia levar ao desenvolvimento de painéis solares mais econômicos, tornando-os alternativa de energia renovável.
"A redução da temperatura das células solares leva a uma maior eficiência operacional", disse Zhu.
"Além disso, uma temperatura operacional mais baixa para as células solares leva a uma vida útil consideravelmente mais longa, reduzindo, assim, o custo nivelado de energia de um sistema".
Reduzindo a energia desperdiçada
De acordo com o jornal, o limite superior de eficiência de conversão de energia para uma única célula de silício é de cerca de 33.7%. À medida que a célula se aquece, essa eficiência diminui - cerca de meio por cento para cada aumento de um grau na temperatura.
Os custos dos métodos ativos de resfriamento de células solares - como ventilação ou líquidos refrigerantes - superam os benefícios. Então, até agora, a perda de eficiência por superaquecimento não foi resolvida.
Este método passivo funciona utilizando os diferentes comprimentos de onda da radiação solar. A luz visível no espectro é melhor para transportar energia, enquanto o infravermelho carrega mais calor.
Os pesquisadores calcularam que, ao "afastar" a radiação infravermelha usando o vidro de sílica, o calor diminui sem afetar negativamente a quantidade de luz visível que a célula solar pode absorver.
"Nós viemos com um design ideal, consistindo de pirâmides de sílica em microescala", disse o professor Fan.
“[Isto] maximiza a potência de resfriamento através do mecanismo de resfriamento radiativo, enquanto permanece transparente nos comprimentos de onda da radiação solar.”
Universidade Nacional Australiana Andrew Blakers disse que, embora os autores deste estudo tenham uma sólida base teórica, é improvável que esse modelo seja viável no mundo real.
“Infelizmente, as comparações no papel são entre estruturas especiais e células solares nuas, em vez de células encapsuladas [e] células solares nuas nunca são implantadas no campo”, disse Bakers, que é o diretor do Centro de Sistemas de Energia Sustentável. (CECS) em ANU.
“O superstrato de vidro padrão tem muitas funções, incluindo tenacidade, resistência a arranhões, resistência estrutural, resistência à entrada de umidade, adesão ao EVA / silicone.
“O superstrato de vidro deve ser abandonado porque causa muita absorção parasitária de radiação térmica - ele teria que ser substituído por um substrato para tornar o módulo autossustentável.”
Professor Associado Ben Powell do Universidade de Queensland disse que embora essa abordagem seja uma possibilidade interessante, o custo pode superar os benefícios.
"Se isso não puder ser feito de forma barata o suficiente, a eletricidade extra ganha com os ganhos de eficiência e o custo poupado de substituir as células solares não vai pagar pelo revestimento - nesse caso, ninguém estará interessado em usá-lo", disse o físico. .
“É uma ideia muito elegante e promissora, mas ainda há um longo caminho a percorrer antes de encontrar isso no seu telhado.”
Apesar disso, os autores do artigo estão confiantes de que o desenvolvimento futuro é possível. De acordo com Linxiao Zhu, o próximo passo é aplicar essa pesquisa em aplicações práticas.
"Nós validamos este projeto através de métodos numéricos extremamente precisos e agora estamos trabalhando para demonstrar experimentalmente os primeiros protótipos", disse ele.
Este artigo foi originalmente publicado em A Conversação. Leia o artigo original.
