O professor associado do MIT, Marc Baldo (à esquerda) e o estudante de pós-doutorado Shalom Goffri mostram alguns concentradores solares orgânicos. © Donna Coveney / MIT Se você instalou painéis solares em seu telhado, é bem provável que você tenha feito isso mais para ajudar o meio ambiente do que para economizar na conta de luz. Com o custo atual da tecnologia solar, pode levar muitos anos para começar a recuperar seu investimento. Uma nova abordagem de uma tecnologia de energia solar existente pode mudar isso.
Os painéis solares usam semicondutores, geralmente à base de silício, para transformar a luz do sol em eletricidade. Esses semicondutores funcionam como células fotovoltaicas - quando a luz solar atinge a célula, o silício absorve a energia das ondas de luz. Esta energia excita os elétrons no silício, que se soltam. Elétrons de fluxo livre tornam-se eletricidade (veja Como funcionam as células solares para saber mais). Esta configuração é inerentemente cara porque, primeiro, semicondutores são caros, e em segundo lugar, porque não é muito eficiente. Parte da energia do sol é perdida para o calor, e muito disso não atinge as células solares porque o sol não está estacionário. Isso significa que são necessárias muitas células para gerar uma quantidade significativa de eletricidade.
Uma solução para este problema que está sendo experimentado é o uso de rastreadores solares . São painéis móveis de espelhos que traçam o sol no céu, jogando a luz sobre as células solares. Isso traz mais luz do sol para o sistema, mas rastreadores solares são extremamente caros, e não apenas porque se movem. Este método de direcionar grandes quantidades de luz solar tende a superaquecer as células de silício, que requerem a instalação de sistemas de refrigeração caros.
Outra solução para o problema de eficiência em painéis solares é o concentrador solar. Este é um método menos caro, e é o único que os pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology aprimoraram recentemente de uma forma que poderia revolucionar a tecnologia de energia solar. Poderíamos estar instalando esses novos concentradores solares luminescentes como janelas em nossas casas - janelas que geram a energia para acender nossas luzes, nossos aparelhos de ar condicionado e nossos aparelhos. E poderíamos estar fazendo isso em breve.
Neste artigo, vamos descobrir o que um concentrador solar luminescente (LSC) faz, como funciona e por que é mais eficiente e menos caro do que as tecnologias solares mais antigas. Veremos como os LSCs podem ser usados e quando podem chegar ao mercado comercial.
Primeiro, exatamente como você concentra a luz do sol?
Os concentradores solares podem ser usados para aumentar a eficiência dos painéis solares existentes. Nicolle Rager Fuller / NSF UMA concentrador solar faz exatamente o que seu nome indica:pega a luz do sol que atinge uma ampla área e a junta. A parte mais legal do sistema é que ele não concentra apenas a luz do sol; também direciona a luz do sol para um ponto muito específico, localização menor.
Ao contrário de um rastreador solar, um concentrador solar é estacionário. Os principais componentes do design tradicional são de plástico, moléculas de corante e células solares. Uma variedade de moléculas de corante é pulverizada em uma folha de plástico. Nas bordas externas do plástico estão as células solares.
A combinação do plástico e dos corantes funciona como um guia de ondas . Um guia de ondas é qualquer dispositivo que captura a luz e, em seguida, move essas ondas de luz ao longo de um caminho para um destino específico. Nesse caso, quando a luz atinge o plástico, os corantes absorvem. A energia do sol é, assim, transferida para o corante, fazendo com que os elétrons nessas moléculas saltem para um nível de energia mais alto. Quando os elétrons voltam para um nível de energia inferior, as moléculas de tinta liberam essa energia na folha de plástico, onde fica preso. Em um processo chamado reflexão interna total , a luz pode escapar do plástico. Ele apenas salta no material, em última análise, abrindo caminho para a superfície externa. Na superfície externa, as células solares estão esperando para absorver a luz e gerar eletricidade.
Um concentrador solar não requer um sistema de resfriamento, e não há partes móveis, tornando-o mais barato do que um rastreador solar. Há uma desvantagem no design tradicional, no entanto. Enquanto a energia da luz salta no plástico, às vezes é reabsorvido nas moléculas do corante e acaba sendo emitido como calor. Esta energia, então, nunca chega às células solares.
Os pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology (MIT) fizeram algumas mudanças primárias no sistema para torná-lo mais eficiente e ainda mais barato. Eles o chamam de concentrador solar luminescente (LSC). Primeiro, eles trocaram o plástico por vidro. O vidro é mais fácil de fabricar, e abre algumas novas possibilidades em termos de aplicações - mais sobre isso mais tarde. Eles também adicionaram um novo elemento que elimina a perda de energia para reabsorção.
O LSC é composto por uma lâmina de vidro revestida com partículas de corante. Basicamente, funciona como a antiga versão de plástico, exceto por duas adições. Primeiro, um tipo de alumínio denominado tris (8-hidroxiquinolina) é adicionado à mistura de moléculas de corante. Essas moléculas de alumínio fazem com que os corantes emitam ondas de luz com uma frequência que os corantes não conseguem absorver. Desta maneira, nenhuma luz é perdida por reabsorção à medida que segue seu caminho para as células solares nas bordas do vidro.
Neste sistema, 10 vezes mais da luz solar que atinge o painel é convertida em eletricidade em comparação com um painel solar tradicional [Fonte:Economist]. Cada célula solar é exposta a muito mais luz solar, o que significa que menos células de silício são necessárias e o custo diminui.
Quão longe? Os pesquisadores não estão colocando uma quantia em dólares no produto, mas com certeza é mais barato do que rastreadores solares. Com maior eficiência, também será capaz de gerar mais eletricidade por dólar do que os painéis solares que você vê nos telhados das pessoas agora. Adaptado em sistemas de painéis solares atuais, os concentradores solares luminescentes podem aumentar a eficiência em 50% [Fonte:ScienceDaily]. De longe o aspecto mais incrível do produto, no entanto, vem do uso de vidro:ao fazer janelas com esses LSCs, o vidro que permite que a luz do sol entre em nossas casas e escritórios também pode gerar a energia de que precisamos para administrar esses espaços.
Ainda não chegamos lá, no entanto. O maior obstáculo para colocar essas janelas de energia solar em nossas casas é a longevidade. Na verdade, o protótipo LSC dura apenas cerca de três meses [Fonte:TreeHugger]. O grupo do MIT está trabalhando para que o painel mantenha a estabilidade por cerca de 10 anos que as pessoas esperam que esse tipo de dispositivo dure. Mas está bem perto - podemos esperar que os concentradores solares luminescentes estejam disponíveis para venda em três anos [Fonte:MIT].
Para obter mais informações sobre concentradores solares luminescentes e energia solar em geral, confira os links na próxima página.
