O projeto de células solares eficientes, que aproveitam a energia para gerar eletricidade ou produzir hidrogênio pela divisão da água, tem recebido muita atenção globalmente. Outro caminho para aproveitar a energia solar abundante e gratuita:usá-la como fonte de bombeamento para lasers. Os lasers de alta potência são destinados a várias aplicações, incluindo comunicação no espaço profundo, detecção atmosférica, processamento de materiais em alta temperatura e produção de hidrogênio. Mas, muitas vezes eles são caros e sofrem contratempos de desempenho decorrentes de efeitos de estresse térmico.
Em um estudo recente publicado no Journal of Photonics for Energy , pesquisadores da Argélia e Portugal relatam um novo projeto de laser movido a energia solar que aborda com sucesso esses problemas. Este laser tem uma eficiência de conversão de laser melhorada em comparação com aqueles bombeados com fontes convencionais (como lâmpadas de flash e LEDs).

"A abordagem que adotamos neste estudo nos permitiu desenvolver um poderoso laser movido a energia solar operando em TEM₀₀ modo fundamental ou de ordem mais baixa", explica o professor associado Dawei Liang da Universidade Nova de Lisboa em Portugal, autor correspondente do estudo. "Cada um desses modos (nosso laser sustenta vários modos fundamentais) pode ser controlado com precisão com o mínimo de entrada de calor para a cavidade da bomba. Isso nos permite adequar a energia aplicada às necessidades específicas de uma aplicação", acrescenta.

Os pesquisadores realizaram simulações numéricas para otimizar os parâmetros de projeto de um TEM₀₀ -modo Nd:YAG feixe de laser solar. Além disso, eles usaram quatro hastes de laser dentro de quatro cavidades de bomba em forma de 2V e as bombearam com luz solar usando quatro grandes espelhos parabólicos fora do eixo com uma área total de coleta de 10 m ² .

"O cabeçote do laser em nosso projeto também inclui quatro concentradores asféricos secundários de sílica fundida e quatro guias de luz retangulares de sílica fundida. Isso garante uma distribuição uniforme da potência absorvida da bomba dentro de cada haste e ajuda a evitar danos causados ​​pelo aquecimento resultantes de lentes térmicas e tensões que ocorrem em lasers solares convencionais de haste única", elabora Liang.

Isso resultou em um melhor desempenho do laser solar. Os cálculos numéricos estimaram uma potência total do laser de 155,29 watts no TEM₀₀ modo. Isso resultou em um aumento de duas vezes na eficiência de coleta e uma melhoria de 1,24 vezes na eficiência de conversão em comparação com os registrados para projetos anteriores com configuração semelhante.

Uma das principais aplicações potenciais deste projeto diz respeito à geração de energia solar baseada no espaço. Isso envolve a coleta de energia solar no espaço sideral, convertendo-a em um feixe de laser e enviando-a para a Terra, onde pode ser utilizada para gerar eletricidade usando células solares. Como esse processo não é influenciado pela atmosfera terrestre, é mais estável e requer equipamentos de transmissão e recepção menores do que os necessários na transmissão de energia por micro-ondas.

Liang observa que, embora um laser bombeado por diodo alimentado por energia fotovoltaica ainda tenha maior eficiência de conversão de energia solar para laser do que um laser solar, é muito menos adequado para aplicações espaciais de longo prazo. Isso ocorre porque um laser bombeado por diodo tem uma vida útil limitada da fonte da bomba de diodo e um sistema de laser mais complexo. Um laser movido a energia solar desfruta de uma simplicidade de sistema muito maior e se beneficia de uma fonte de bomba quase eterna e gratuita.

No geral, este estudo ilumina uma maneira de levar os lasers movidos a energia solar a novas alturas, com um plano claro para lasers solares de alta eficiência e prontos para o espaço. + Explorar mais

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