Cientistas chineses desenvolvem concentrador solar incolor para janelas fotovoltaicas

O concentrador solar semitransparente da equipe de pesquisa pode ser revestido diretamente no vidro da janela padrão. Ele usa filmes de cristal líquido para refletir e guiar a luz solar polarizada circularmente para as células solares instaladas em direção à borda de uma janela. Um protótipo de 1 polegada de diâmetro foi capaz de alimentar diretamente um ventilador de 10 mW sob a luz solar.

Visão da janela solar transparente.

Uma equipe de pesquisa baseada na Universidade de Nanjing, na China, desenvolveu um concentrador solar transparente, incolor e unidirecional compatível com as janelas existentes.

Os concentradores solares são projetados para convergir a energia solar para o lado do vidro arquitetônico. Úteis em sistemas fotovoltaicos integrados a edifícios, os concentradores solares existentes geralmente sofrem contratempos, incluindo baixa eficiência, coloração ou falta de compatibilidade com as janelas existentes.

O recém-desenvolvido concentrador solar do tipo difrativo (CUSC) da equipe de pesquisa utiliza multicamadas de cristal líquido colestérico (CLC) com periodicidades laterais submicrônicas para guiar seletivamente a luz solar em direção à borda da janela onde as células fotovoltaicas estão instaladas. A equipe fabricou os filmes CLC multicamadas por meio de técnicas de fotoalinhamento e polimerização, que são escaláveis por meio da fabricação rolo a rolo.

Em teste, o dispositivo CUSC manteve uma transmitância média visível de 64,2% e um índice de reprodução de cores de 91,3, permitindo a geração de energia sem alterar a aparência da janela.

“Ao projetar a estrutura dos filmes de cristal líquido colestérico, criamos um sistema que difrata seletivamente a luz polarizada circularmente, guiando-a para o guia de ondas de vidro em ângulos acentuados”, disse Dewei Zhang, coautor da pesquisa. “Isso permite que até 38,1% da energia de luz verde incidente seja coletada na borda”.

Segundo os cientistas, os novos painéis solares transparentes terão potencial de transformar cidades de grandes consumidores de energia em fornecedores de energia em um instante, e podem inaugurar uma nova era de revolução da energia limpa.

O artigo de pesquisa “Colorless and Unidirectional Diffractive-type Solar Concentrators Compatible with Existing Windows“, disponível na revista PhotoniX, detalha como um protótipo de 1 polegada de diâmetro foi capaz de alimentar diretamente um ventilador de 10 mW sob a luz solar.

Modelagem adicional descobriu que uma janela CUSC típica de 2 metros de largura poderia concentrar a luz solar em 50 vezes, reduzindo o número de células fotovoltaicas necessárias em até 75%. O projeto também permaneceu estável sob exposição de longo prazo e foi considerado adequado para adaptação em janelas existentes, permitindo atualizações urbanas sustentáveis.

O professor Wei Hu comentou que o projeto do CUSC é um passo à frente na integração da tecnologia solar no ambiente construído sem sacrificar a estética. “Representa uma estratégia prática e escalável para redução de carbono e autossuficiência energética”, acrescentou Hu.

Na conclusão do trabalho de pesquisa, os autores escrevem que o projeto CUSC seria amplamente adotado em edifícios verdes, energia fotovoltaica agrícola e outras áreas emergentes. “Espera-se que contribua para um fornecimento global de energia verde em escala de terawatts e reduza as emissões anuais de carbono em bilhões de toneladas”, conclui o artigo.

Cientistas desenvolvem janelas solares transparentes usando cristais líquidos

A equipe de pesquisa diz que planeja concentrar o trabalho futuro no aumento da eficiência da banda larga, controle de polarização e adaptação da tecnologia para estufas agrícolas e displays solares transparentes. (pv-magazine-brasil)