O grande inventor Thomas Edison disse uma vez:"Enquanto o sol brilhar, o homem será capaz de desenvolver poder em abundância". Sua não foi a primeira grande mente a se maravilhar com a ideia de aproveitar o poder do sol; há séculos os inventores vêm refletindo e aperfeiçoando a maneira de colher a energia solar.
Eles fizeram um trabalho incrível com células fotovoltaicas, que convertem a luz solar diretamente em energia. E ainda assim, com toda a pesquisa, história e ciência por trás disso, há limites para quanta energia solar pode ser colhida e usada – já que sua geração é restrita apenas ao dia.

Um professor da Universidade de Houston continua a busca histórica, relatando um novo tipo de sistema de coleta de energia solar que quebra o recorde de eficiência de todas as tecnologias existentes. Não menos importante, ele abre caminho para usar a energia solar 24 horas por dia, 7 dias por semana.

"Com nossa arquitetura, a eficiência da coleta de energia solar pode ser melhorada até o limite termodinâmico", relata Bo Zhao, professor assistente de engenharia mecânica de Kassi e sua aluna de doutorado Sina Jafari Ghalekohneh na revista Physical Review Applied . O limite termodinâmico é o máximo absoluto teoricamente possível de eficiência de conversão da luz solar em eletricidade.

Encontrar maneiras mais eficientes de aproveitar a energia solar é fundamental para a transição para uma rede elétrica livre de carbono. De acordo com um estudo recente do Escritório de Tecnologias de Energia Solar do Departamento de Energia dos EUA e do Laboratório Nacional de Energia Renovável, a energia solar pode representar até 40% do fornecimento de eletricidade do país até 2035 e 45% até 2050, dependendo de reduções agressivas de custos, suporte políticas e eletrificação em larga escala.

Como funciona?

Os termofotovoltaicos tradicionais (STPV) contam com uma camada intermediária para adaptar a luz solar para uma melhor eficiência. A parte frontal da camada intermediária (o lado voltado para o sol) é projetada para absorver todos os fótons vindos do sol. Desta forma, a energia solar é convertida em energia térmica da camada intermediária e eleva a temperatura da camada intermediária.

Mas o limite de eficiência termodinâmica dos STPVs, que há muito é entendido como o limite do corpo negro (85,4%), ainda é muito inferior ao limite de Landsberg (93,3%), o limite máximo de eficiência para a captação de energia solar.

"Neste trabalho, mostramos que o déficit de eficiência é causado pela inevitável retroemissão da camada intermediária em direção ao sol resultante da reciprocidade do sistema. Propomos sistemas STPV não recíprocos que utilizam uma camada intermediária com propriedades radiativas não recíprocas", disse Zhao. "Tal camada intermediária não recíproca pode suprimir substancialmente sua emissão de volta para o sol e canalizar mais fluxo de fótons para a célula. Mostramos que, com essa melhoria, o sistema STPV não recíproco pode atingir o limite de Landsberg, e sistemas STPV práticos com energia fotovoltaica de junção única as células também podem experimentar um aumento significativo de eficiência."

Além de maior eficiência, os STPVs prometem compactação e despachabilidade (eletricidade que pode ser programada sob demanda com base nas necessidades do mercado).

Em um cenário de aplicação importante, os STPVs podem ser acoplados a uma unidade econômica de armazenamento de energia térmica para gerar eletricidade 24 horas por dia, 7 dias por semana.

"Nosso trabalho destaca o grande potencial de componentes fotônicos térmicos não recíprocos em aplicações de energia. O sistema proposto oferece um novo caminho para melhorar significativamente o desempenho de sistemas STPV. Pode abrir caminho para que sistemas não recíprocos sejam implementados em sistemas STPV práticos atualmente usados ​​em usinas de energia", disse Zhao. + Explorar mais

A assimetria de reversão de tempo ultrapassa o limite de eficiência de conversão para células solares