Por que as células solares transparentes podem substituir as janelas em um futuro próximo

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Por mais sustentáveis, ecológicas e limpas que sejam as fontes de energia, os painéis solares convencionais exigem uma grande área de instalação e um grande investimento inicial. Devido a essas limitações, é difícil introduzi-los em áreas urbanas (principalmente em bairros com muitos prédios de apartamentos ou lojas). Mas, graças ao trabalho de engenhosos engenheiros da Universidade de Michigan, isso pode não acontecer mais em breve.

Os pesquisadores criaram transparente painéis solares que, segundo eles, poderiam ser usados ​​como janelas geradoras de energia em nossas casas, prédios e até apartamentos alugados.

Créditos da imagem: Djim Loic/Unsplash

Se esses painéis transparentes são realmente capazes de gerar eletricidade de forma econômica, os dias de janelas regulares podem estar passando enquanto falamos. Em breve, poderíamos ter acesso a energia solar barata independentemente de onde moramos – e para torná-lo ainda melhor, podemos nos livrar daqueles cortes de energia horríveis isso acontece de vez em quando porque, com painéis solares transparentes em forma de vidro, cada casa e cada arranha-céu será capaz de gerar sua própria energia de forma independente.

Uma visão geral dos painéis solares transparentes

Para gerar energia a partir da luz solar, células solares embutidas em um painel solar são necessárias para absorver a radiação do sol. Portanto, eles não podem permitir que a luz do sol passe completamente por eles (da mesma forma que uma janela de vidro pode). Então, a princípio, a ideia de painéis solares transparentes pode parecer absurda e completamente ilógica porque um painel transparente deve ser incapaz de absorver a radiação.

Mas esse não é necessariamente o caso, descobriram os pesquisadores. Na verdade, esse não é o caso.

Professor R. Lunt na MSU exibindo seu concentrador solar luminescente transparente. Créditos da imagem: Michigan State University

Os painéis solares criados por engenheiros da Universidade de Michigan consistem em concentradores solares luminescentes transparentes (TLSC). Composto por cianino, o TLSC é capaz de absorver seletivamente a radiação solar invisível, incluindo luzes infravermelhas e ultravioleta, e deixar o restante dos raios visíveis passar por eles. Em outras palavras, esses dispositivos são transparentes ao olho humano (muito parecidos com uma janela), mas ainda absorvem uma fração da luz solar que podem converter em eletricidade. É uma tecnologia relativamente nova, desenvolvida apenas em 2013, mas já está passando por alguns desenvolvimentos impressionantes.

Os painéis equipados com TLSC podem ser moldados na forma de finas folhas transparentes que podem ser usadas posteriormente para criar janelas, telas de smartphones, tetos de carros, etc. Ao contrário dos painéis tradicionais, os painéis solares transparentes não usam silicone; em vez disso, eles consistem em uma camada de óxido de zinco coberta com uma camada de IC-SAM à base de carbono e uma camada de fulereno. o IC-SAM e fulereno As camadas não apenas aumentam a eficiência do painel, mas também evitam que as regiões de absorção de radiação das células solares se quebrem.

Surpreendentemente, os pesquisadores da Michigan State University (MSU) também afirmam que seus painéis solares transparentes podem durar 30 anos, tornando-os mais duráveis ​​do que a maioria dos painéis solares comuns. Basicamente, você poderia ajustar suas janelas com essas células solares transparentes e obter eletricidade gratuita sem muitos problemas por décadas. Sem surpresa, essa perspectiva deixou muitas pessoas empolgadas.

De acordo com o professor Richard Lunt (que liderou o experimento de células solares transparentes na MSU), “células solares altamente transparentes representam a onda do futuro para novas aplicações solares”. Ele acrescenta ainda que esses dispositivos no futuro podem fornecer um potencial de geração de eletricidade semelhante aos sistemas solares de telhado, além de equipar nossos edifícios, automóveis e dispositivos com capacidade de autocarregamento.

“É para isso que estamos trabalhando”, disse. “Aplicações solares tradicionais têm sido pesquisadas ativamente por mais de cinco décadas, mas só trabalhamos nessas células solares altamente transparentes há cerca de cinco anos. Em última análise, esta tecnologia oferece uma rota promissora para a adoção solar generalizada e barata em pequenas e grandes superfícies que antes eram inacessíveis”.

Desenvolvimentos recentes no campo da tecnologia de células solares transparentes

Além do trabalho de pesquisa conduzido pelo professor Richard Lunt e sua equipe na MSU, existem alguns outros grupos de pesquisa e empresas trabalhando no desenvolvimento de janelas de vidro avançadas movidas a energia solar. No início deste ano, uma equipe da Universidade ITMO, na Rússia, desenvolveu um método mais barato de produzir células solares transparentes. Os pesquisadores encontraram uma maneira de produzir painéis solares transparentes muito mais baratos do que nunca.

“Células solares de filme fino regulares têm um contato traseiro de metal não transparente que permite capturar mais luz. Células solares transparentes usam um eletrodo traseiro que permeia a luz. Nesse caso, alguns dos fótons são inevitavelmente perdidos ao passar, reduzindo o desempenho dos dispositivos. Além disso, produzir um eletrodo traseiro com as propriedades certas pode ser muito caro”, diz Pavel Voroshilov, pesquisador da Faculdade de Física e Engenharia da Universidade ITMO.

“Para nossos experimentos, pegamos uma célula solar baseada em pequenas moléculas e ligamos nanotubos a ela. Em seguida, dopamos nanotubos usando um portão de íons. Também processamos a camada de transporte, responsável por permitir que uma carga da camada ativa chegue ao eletrodo com sucesso. Conseguimos fazer isso sem câmaras de vácuo e trabalhando em condições ambientais. Tudo o que precisávamos fazer era driblar um pouco de líquido iônico e aplicar uma leve voltagem para criar as propriedades necessárias”, acrescenta o coautor Pavel Voroshilov.

Créditos da imagem: Kenrick Baksh/Unsplash

A PHYSEE, uma empresa de tecnologia da Holanda, instalou com sucesso sua “PowerWindow” baseada em energia solar em uma área de 300 pés quadrados de um prédio bancário na Holanda. Embora atualmente as PowerWindows transparentes não sejam eficientes o suficiente para atender às demandas de energia de todo o edifício, a PHYSEE afirma que, com um pouco mais de esforço, em breve poderão aumentar a viabilidade e a capacidade de geração de energia de suas janelas solares.

A Ubiquitous Energy, com sede na Califórnia, também está trabalhando em um sistema “ClearView Power” que visa criar um revestimento solar que pode transformar o vidro usado nas janelas em painéis solares transparentes. Este revestimento solar permitirá que janelas de vidro transparente absorvam radiações infravermelhas de alta energia, a empresa afirma ter alcançado uma eficiência de 9,8% com células solares ClearView durante seus testes iniciais.

Em setembro de 2021, a instalação da Nippon Sheet Glass (NSG) Corporation localizada na cidade de Chiba tornou-se o primeiro do Japão edifício equipado com janela solar. Os painéis solares transparentes instalados pela NSG em suas instalações são desenvolvidos pela Ubiquitous Energy. Recentemente, como parte de sua associação com a Morgan Creek Ventures, a Ubiquitous Energy também instalou janelas solares transparentes em Boulder Commons II, um prédio comercial em construção no Colorado.

Todos estes desenvolvimentos emocionantes indicam que, mais cedo ou mais tarde, também poderemos instalar janelas solares transparentes geradoras de energia em nossas casas. Uma mudança tão pequena na forma como produzimos energia, à escala global, pode revelar-se um grande passo para vivermos num mundo energeticamente mais eficiente.

Ainda não está lá

Se isso parece bom demais para ser verdade, bem, é. A eficiência desses painéis solares totalmente transparentes gira em torno de 1%, embora a tecnologia tenha potencial para atingir cerca de 10% de eficiência — isso se compara aos 15% que já temos para os painéis solares convencionais (alguns eficientes podem chegar a 22% ou mesmo um pouco mais alto).

Portanto, a eficiência ainda não chegou para tornar as células solares transparentes eficientes, mas pode chegar lá em um futuro não muito distante. Além disso, o apelo desse sistema é que ele pode ser implantado em pequena escala, em áreas onde painéis solares comuns não são possíveis. Eles não precisam substituir os painéis solares comuns, apenas complementá-los.

Quando você pensa sobre isso, a energia solar não era considerada competitiva até cerca de uma década atrás – e um relatório recente descobriu que agora é a forma mais barata de eletricidade disponível até agora na história da humanidade. Embora as células solares transparentes ainda não tenham sido realmente usadas, vimos a rapidez com que esse tipo de tecnologia pode se desenvolver e as perspectivas são de ótimos resultados.

A mera ideia de que em breve poderemos abastecer nossos edifícios através de nossas janelas mostra o quão longe chegamos. Uma revolução energética está à vista e seria sensato levá-la a sério.



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