Notícia

Concentrador óptico pode ajudar painéis solares a capturar mais luz mesmo em dia nublado

Fonte

Universidade Stanford

Data

sábado, 2 julho 2022 11:55

Áreas

Energia. Inovação. Sustentabilidade. Tecnologias.

Mesmo com os avanços impressionantes e contínuos nas tecnologias solares, uma questão permanece: como podemos coletar eficientemente a energia da luz solar que vem de vários ângulos do nascer ao pôr do sol?

Os painéis solares funcionam melhor quando a luz solar os atinge diretamente. Para capturar o máximo de energia possível, muitos painéis solares giram ativamente em direção ao sol enquanto ele se move. Isso os torna mais eficientes, mas também mais caros e complicados de construir e manter do que um sistema estacionário.

Esses sistemas ativos podem não ser necessários no futuro. Na Universidade Stanford, nos Estados Unidos, a pesquisadora Dra. Nina Vaidya projetou um dispositivo elegante que pode coletar e concentrar com eficiência a luz que incide sobre ele, independentemente do ângulo e da frequência dessa luz. Um artigo que descreve o desempenho do sistema e a teoria por trás dele é a matéria de capa da edição de julho da revista científica Microsystems & Nanoengineering, de autoria da pesquisadora e do Dr. Olav Solgaard, seu orientador de doutorado e professor de Engenharia Elétrica em Stanford.

“É um sistema completamente passivo – não precisa de energia para rastrear a fonte ou ter partes móveis”, disse a Dra. Nina Vaidya, que agora é professora da Universidade de Southampton, no Reino Unido. “Sem foco óptico móvel ou necessidade de sistemas de rastreamento, a concentração de luz se torna muito mais simples”, destacou a pesquisadora.

O dispositivo, que os pesquisadores estão chamando de AGILE – um acrônimo para Axially Graded Index Lens – é ‘aparentemente’ simples. Parece uma pirâmide invertida com a ponta cortada. A luz entra no topo quadrado e com vários ângulos e é canalizada para baixo para criar um ponto mais brilhante na saída.

Em seus protótipos, os pesquisadores conseguiram capturar mais de 90% da luz que atingiu a superfície e criar pontos na saída que eram três vezes mais brilhantes que a luz recebida. Instalados em uma camada sobre as células solares, eles podem tornar os painéis solares mais eficientes e capturar não apenas a luz solar direta, mas também a luz difusa que foi espalhada pela atmosfera, clima e estações da Terra.

Uma camada superior do sistema AGILE poderia substituir o encapsulamento existente que protege os painéis solares, eliminar a necessidade de rastrear o sol, criar espaço para resfriamento e circuitos entre as pirâmides estreitas dos dispositivos individuais e, o mais importante, reduzir a área de células solares necessária para produzir energia – e, portanto, reduzir os custos. E os usos não se limitam a instalações solares terrestres: se aplicado a painéis solares enviados para o espaço, uma camada do sistema AGILE pode concentrar luz sem rastreamento solar e fornecer proteção necessária contra radiação.

A premissa básica por trás do AGILE é semelhante ao uso de uma lupa para queimar folhas em um dia ensolarado. A lente da lupa focaliza os raios do sol em um ponto menor e mais brilhante. Mas, com uma lupa, o ponto focal se move como o sol. No caso do AGILE, os pesquisadores encontraram uma maneira de criar uma lente que capta os raios de todos os ângulos, mas sempre concentra a luz na mesma posição de saída.

“Queríamos criar algo que captasse a luz e a concentrasse na mesma posição, mesmo que a fonte mudasse de direção. Não queremos ter que continuar movendo nosso detector ou célula solar ou movendo o sistema para buscar a fonte [de luz]”, disse a Dra. Nina Vaidya.

Um dos maiores desafios foi encontrar e criar os materiais certos, disse a professora Nina Vaidya. As camadas de material no protótipo AGILE permitem que um amplo espectro de luz, do ultravioleta próximo ao infravermelho, passe por ele e ‘dobre’ essa luz cada vez mais em direção à saída com uma ampla gama de índices de refração, o que não é visto na natureza. Os materiais usados também tinham que ser compatíveis entre si – se um vidro se expandisse em resposta ao calor em uma taxa diferente do outro, todo o dispositivo poderia rachar – e robustos o suficiente para serem fabricados na foram correta e permanecerem duráveis.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Stanford (em inglês).

Fonte: Laura Castañón, Universidade Stanford. Imagem: Protótipo do sistema AGILE em uma das fases de fabricação. Fonte: Dra. Nina Vaidya.