1 INTRODUÇÃO
O setor de energia não renovável na economia atual depende fortemente da energia solar, que converte a energia do sol em eletricidade. O ponto principal sobre a energia solar é que a energia é absorvida pelos raios solares e por isso é necessário que a célula solar seja opaca para que absorva a energia da luz e por isso não pode ser transparente e deixar o a luz solar simplesmente passa por ele. Portanto, um painel solar, além de ser um painel solar, não pode ser multitarefa como qualquer outra coisa. Apenas adiciona uma camada extra em uma camada base. Tornar o painel solar transparente é cientificamente impossível, mas pode ser contornado manipulando a absorção de um determinado segmento do espectro eletromagnético.
Uma equipe de pesquisadores da Michigan State University criou uma célula solar totalmente transparente em agosto de 2014. Ao contrário da célula solar tradicional, ela permite que os fótons passem completamente através dela, permitindo que as pessoas vejam através deles. Ele usa uma manipulação engenhosa das propriedades dos materiais pelo uso da ciência dos materiais e da química. A equipe é liderada por Richard Lunt, professor assistente na Michigan State e fundou a empresa Ubiquitous Energy para comercializar essa tecnologia. Lunt está confiante de que este produto será útil para implementação em grandes edifícios com muitas janelas ou telas de dispositivos móveis para reduzir a carga na fonte de energia primária. Neste artigo, discutiremos como eles conseguem contornar uma enorme limitação da célula solar convencional. Primeiro entenderemos o conceito de Concentrador Solar Luminescente (LSC) e depois aplicaremos essa lógica para entender como ele pode se tornar transparente.
2 CONCENTRADORES SOLARES LUMINESCENTES
Atualmente, os painéis solares fotovoltaicos convencionais são bastante caros para instalar em residências onde as pessoas procuram um ambiente limpo. Os elevados custos são atribuídos, em primeiro lugar, à utilização de semicondutores fotovoltaicos dispendiosos para gerar electricidade em resposta à recepção da luz solar e, em segundo lugar, ao facto de actualmente não serem muito eficientes. A solução trivial seria trabalhar no aumento da eficiência da própria energia fotovoltaica, mas é mais económico fazer ajustes nos painéis solares para que fiquem mais expostos à luz solar durante o tempo de atividade. Alcançar este objetivo é o objetivo de dois projetos principais, nomeadamente rastreadores solares e concentradores luminescentes. Os rastreadores solares são conjuntos espelhados com mecanismos construídos para seguir o sol no céu para ajustar os painéis solares em um ângulo ideal para receber o máximo de luz solar. Porém, os rastreadores solares são caros porque precisam ser movidos. Eles também fazem com que a energia fotovoltaica aqueça excessivamente e, portanto, exigem um sistema de resfriamento adicional. Os concentradores solares luminescentes funcionam retirando a energia da radiação de uma grande área e concentrando-a em uma área menor, absorvendo e emitindo luminescência direcional
2.1 PRINCÍPIO
Os concentradores solares luminescentes funcionam concentrando a radiação de uma grande superfície em uma área menor para melhorar a eficácia das células solares na produção de eletricidade. Em princípio, funciona convertendo a radiação de uma grande área numa luminescência brilhante e é direcionada para uma área menor, basicamente apenas comprimindo a luz e, portanto, aumentando a densidade de potência.
2.2 DESIGN E CONSTRUÇÃO
Os LSCs contêm folhas paralelas de plástico normal e plástico revestido com corante. Quando a luz solar passa através do plástico, ela é absorvida pelo plástico. Os elétrons do corante são então excitados pela adição de energia da radiação e saltam para um nível superior. Quando eles voltam ao estado fundamental, a energia é liberada na forma de radiação. Esta radiação é refletida através da folha de plástico através do princípio da reflexão interna total, ou seja, quando a luz ultrapassa um determinado ângulo crítico, ela é refletida a partir de uma superfície transparente. A luz é guiada pelos guias de onda de reflexão interna total até as superfícies menores do concentrador, onde é absorvida pela tira semicondutora fotovoltaica convencional. Esses concentradores solares são mais baratos que os rastreadores solares, principalmente porque são estacionários e não requerem sistema de resfriamento adicional. Além disso, o rendimento por custo unitário seria maior quando usado em conjunto com estes concentradores luminescentes, aumentando a eficiência em cerca de 50%. O único problema que precisa ser resolvido seria a reabsorção da radiação no corante quando ele salta no interior, levando a uma perda de energia. Os concentradores solares luminescentes transparentes são um tipo especial de LSC que substituem os corantes translúcidos por sais orgânicos que não absorvem o espectro visível da luz solar e, portanto, permitem a passagem dos fótons.
Figura 1Diagrama de funcionamento dos concentradores solares luminescentes
3 LSCS TRANSPARENTES – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
Figura 2 close-up de um TLSC funcional
O conceito básico da célula solar transparente é que o vidro transparente não é realmente a célula solar. O vidro é na verdade um concentrador solar luminescente transparente. Consiste em sais orgânicos que são derivados complexos da cianina fundidos com o vidro. A cianina é um corante sintético usado como corante fluorescente no campo de imagens biomédicas, que tem um tom de ciano como o nome sugere e dependendo da estrutura cobre o espectro IR a UV. Derivados de sal específicos do corante cianina que são precipitados por sua reação com uma base, são usados para absorver o espectro infravermelho próximo e ultravioleta, permitindo a passagem da luz visível. para passar, mas absorve a região ultravioleta e infravermelha próxima, que são invisíveis ao olho humano. O derivado de cianina luminesce (emite) a energia absorvida em uma frequência infravermelha diferente que é canalizada para as bordas do vidro por reflexão interna total para as bordas com as superfícies menores que são revestidas com células solares fotovoltaicas convencionais de pequena escala que são então convertidas em eletricidade .
Figura 3 Absorção seletiva do espectro UV (ultravioleta) e NIR (infravermelho próximo) de um TLSC
3.1 PARA ONDE VAI?
O TLSC atual tem uma eficiência de 1% e, portanto, ainda tem um longo caminho a percorrer para se tornar uma adição útil. Lunt acredita que precisa ser levado a um valor de 10% antes de ser efetivamente utilizado para abastecer edifícios onde substituem as janelas de vidro. Eles acreditam que atualmente podem aumentar para 5% e trabalhar para aumentar a eficiência adicionando camadas mais eficazes que dificultam a absorção e reduzem o vazamento de energia. Com uma eficiência de 5% as janelas podem ser utilizadas para alimentar as luzes LED presentes naquele piso. Com eficiências mais elevadas, podem contribuir eficazmente para a redução da dependência dos combustíveis fósseis. Como vantagem adicional, também pode proteger o interior dos nocivos raios UV que podem causar problemas de pele. Os pesquisadores também acreditam que eles podem ser usados para substituir as telas dos smartphones para alimentar a eletrônica embarcada em combinação com as baterias de íons de lítio para aumentar significativamente a vida útil da bateria dos smartphones pesados desta geração.
4 CONCLUSÃO
Esta também não é a primeira vez que estudiosos tentam produzir painéis solares transparentes. Os pesquisadores também usaram conjuntos de células solares em microescala como folhas colocadas entre folhas de vidro para permitir a passagem de uma quantidade nominal de luz. Porém, esses painéis são perceptíveis na opacidade por lançarem uma sombra colorida que pode não agradar às pessoas que estão lá dentro. É neste aspecto que os TLSCs têm vantagem para progredir ainda mais, pois apresentam quase 90% de transmitância de luz visível. Tendo em mente que isto é atualmente uma inovação, é um conceito bastante inspirador que contorna de forma inteligente um obstáculo da física clássica. Claro que há prós e contras nesta invenção, mas seria emocionante observar como este produto pode alterar a forma como utilizamos a fonte bruta de energia solar em uma era de auto-sustentação.
