Nanocamadas transparentes podem ser o futuro da energia solar

Os cientistas do Centro de Pesquisa Jülich, na Alemanha, querem usar nanocamadas transparentes para aumentar a capacidade das placas que captam energia solar. As células disponíveis no mercado são feitas à base de silício cristalino e tem uma eficiência de 23% na retenção de energia.

Os pesquisadores acreditam que o material transparente pode elevar esse índice para algo em torno de 26%. Parece pouco, mas já seria o suficiente para reduzir os custos de produção das placas e baratear a geração desse tipo de eletricidade, que hoje é de dois centavos de dólar por quilowatt-hora.

As células solares atuais já são muito melhores do que as produzidas no passado, mas ainda assim apresentam problemas entre a absorção de luz solar e a geração fotovoltaica. Nesse processo, uma quantidade muito grande de portadores de cargas positivas e negativas se combinam e se cancelam antes de serem usados como eletricidade.

Esse desperdício que ocorre pode ser minimizado com a utilização das nanocamadas transparentes que possuem uma propriedade especial conhecida como passivação.

Passivação das nanocamadas reduz o desperdício das células de energia solar (Imagem: Reprodução/Jülich)

Nem dá para ver

Além de transparentes, as camadas são ultrafinas e maleáveis, o que faz com que a incidência de luz não seja reduzida. Esse material gera uma alta condutividade elétrica, muito mais eficiente do que temos hoje nas placas comuns instaladas nos telhados das casas.

“Nenhuma abordagem até agora combina essas três propriedades — passivação, transparência e condutividade, bem como nosso novo design", disse o professor Kaining Ding.

Placa com nanocamada transparente (Imagem: Reprodução/Jülich)

Nos testes feitos em laboratório, as nanocamadas atingiram uma eficiência energética superior às das células de silício mais modernas produzidas atualmente.

“Nós usamos apenas processos de manufatura que podem ser integrados de forma relativamente rápida à produção em série, abrindo caminho para a fabricação em larga escala sem muito esforço”, completa o professor Ding.

Como são feitas

Os cientistas usaram uma fina faixa de dióxido de silício para aplicar uma camada dupla de nanocristais de carboneto de silício em formato de pirâmide com temperaturas distintas. A camada transparente de óxido de índio foi colocada no final do processo.

A sobreposição de camadas garante a eficácia na absorção e armazenamento da luz solar que é convertida em energia elétrica limpa. Além disso, esse contato entre as camadas evita a necessidade de hidrogenação adicional e elimina as etapas de recozimento em altas temperaturas, diminuindo o tempo de fabricação e aumentando a eficácia das células fotovoltaicas.

Sobreposição das nanocamadas (Imagem: Reprodução/Jülich)

Mercado promissor

A distribuição de sistemas de energia solar no mundo tem crescido muito nos últimos anos. Segundo a IEA (International Energy Agency), o uso de energia solar poderá chegar a 30% em 2022, se levarmos em conta países com a maior capacidade instalada de geração, como a China, Alemanha, Japão e EUA.

No ano passado, o Brasil entrou para o grupo de 20 países líderes em capacidade instalada de energia solar no mundo, com uma produção de aproximadamente seis mil megawatts. Apesar do crescimento, a fonte solar ainda representa menos de 2% da matriz energética brasileira, segundo dados da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel).

Desenvolver sistemas mais baratos e eficientes é fundamental para aumentar o uso da energia solar como fonte viável de eletricidade, principalmente nos países onde o Sol brilha forte o ano todo.

Você acredita que o futuro da geração de eletricidade está na energia solar?

Fonte: Nature Energy

Revestimento turbina célula solar em mais de 40%

Esquema das nanoestruturas que formam a metassuperfície (esquerda) e seu efeito sobre a concentração de luz (direita).

[Imagem: Mahmoud H. Elshorbagy et al. - 10.1016/j.solener.2020.03.075]

Metassuperfície

Pesquisadores da Universidade Carlos III de Madri, na Espanha, desenvolveram uma estrutura nanométrica para recobrir a superfície de painéis solares de silício e melhorar seu desempenho em até 40%.

É um ganho estupendo, sobretudo levando-se em conta que as células solares de silício já estão próximas de sua eficiência máxima.

Mahmoud Elshorbagy e seus colegas afirmam que esse revestimento pode ser adicionado a qualquer painel solar durante sua fabricação, alcançando uma melhor eficiência energética.

O revestimento é baseado em uma "metassuperfície", ou seja, uma superfície composta por pequenas estruturas que se repetem em um padrão - tanto as estruturas quanto o padrão são menores do que o comprimento de onda da luz visível.

As estruturas projetadas pela equipe têm o formato de cruz, que foram gravadas sobre a superfície de células solares de silício de filme fins, especificamente na camada condutora transparente onde a luz entra. A seguir, nanoesferas de material dielétrico especialmente projetadas preenchem essas cruzes.

Com isso, a luz que chega à célula solar é efetivamente redirecionada para sua área ativa, local onde é transformada em corrente elétrica pelo efeito fotoelétrico.

Usando essa técnica, mais luz pode ser capturada na célula solar, gerando até 40% a mais de corrente.

Ganho de eficiência

Os melhores resultados foram obtidos com nanoesferas de óxido de zinco com diâmetros de 420 nanômetros - a espessura de um fio de cabelo humano varia de 60.000 a 80.000 nanômetros.

"O segredo para conseguir isso de forma eficaz em determinadas 'cores' é escolher os tamanhos e materiais corretos," explica o professor Ricardo Vergaz. "Avaliamos milhares de tamanhos e índices de refração possíveis, a propriedade óptica mais importante do material das esferas."

Outra vantagem do revestimento é que os efeitos produzidos permitem que a espessura da camada ativa da célula solar seja reduzida, de forma a gerar a corrente de forma mais eficiente, economizando material durante o processo de fabricação.

"Ao reduzir essa camada, a extração dos elétrons gerados pela luz também é mais eficaz, uma vez que eles têm menos caminho para atravessar onde poderiam ser reabsorvidos," escreveram os pesquisadores.

Além disso, a absorção que ocorre nas camadas ao redor da camada ativa tem um efeito de aquecimento, o que pode permitir que seus defeitos sejam reduzidos a longo prazo.

Bibliografia:

Artigo: Boosting ultrathin aSi-H solar cells absorption through a nanoparticle cross-packed metasurface

Autores: Mahmoud H. Elshorbagy, Eduardo López-Fraguas, José Manuel Sánchez-Pena, Braulio García-Cámara, Ricardo Vergaz

Revista: Solar Energy

Vol.: 202, Pages 10-16

DOI: 10.1016/j.solener.2020.03.075

Perdas por Mismatch em Sistemas Fotovoltaicos causadas pelo Sombreamento das Nuvens

Em um artigo anterior falamos sobre os vários tipos de perdas por mismatch em sistemas fotovoltaicos. Atualmente no mercado brasileiro, por se tratar de um mercado ainda jovem, é bastante comum encontrarmos profissionais que desconhecem outras fontes de mismatch além do sombreamento parcial causado por objetos estáticos, como edifícios, chaminés, árvores, etc. Quem nunca presenciou um colega afirmar que em determinado telhado ou local de instalação não tem sombreamento? No entanto, na prática, algumas perdas por mismatch ocorrem sempre [1]. Por exemplo, os geradores fotovoltaicos podem ser expostos a perdas de energia por mismatch ao operar em condições não homogêneas, como o sombreamento parcial devido a nuvens em movimento [2].

Neste artigo apresentaremos o que a literatura especializada nos informa a respeito das perdas por mismatch causadas pela sombra das nuvens em movimento, assim como alguns sistemas com monitoramento individual dos módulos mostrando esse efeito e algumas das tecnologias que podem reduzir ou eliminar as perdas por mismatch.

Introdução

Nos últimos anos, o sombreamento parcial e seus efeitos na operação de sistemas fotovoltaicos foram estudados em vários trabalhos [3]-[13]. Em muitos desses trabalhos, o foco estava na modelagem dos sistemas fotovoltaicos sob condições estáticas de sombreamento parcial. Entretanto, alguns trabalhos [14]-[15] apresentavam estudos sobre os efeitos das condições de sombreamento parcial causadas por nuvens em movimento. Nestes trabalhos, considerando-se inversores de string ou centrais, verificou-se condições operacionais que determinavam as configurações mais eficientes de um sistema gerador fotovoltaico e que as sombras que se movem paralelamente às strings de um arranjo têm um efeito mais prejudicial na operação do gerador do que as sombras que se movem perpendicularmente às strings.

As perdas por mismatch em um sistema fotovoltaico com inversores de string ou centrais são maiores quando a direção do movimento de uma sombra é paralela às strings de um arranjo. A principal razão para isso acontecer é que ocorrem vários pontos de máxima potência. Portanto, alguns módulos fotovoltaicos não contribuem para a energia gerada do gerador ou funcionam longe do seu próprio ponto de máxima potência [1].

Nestes sistemas, além da direção do movimento das sombras, as perdas por mismatch também foram consideradas muito sensíveis ao tamanho do arranjo. Assim, para minimizar as perdas por mismatch, o tamanho do arranjo e a direção dominante do movimento das nuvens na área de um sistema FV devem ser levados em consideração no projeto [1].

Existem também estudos que abordam o fenômeno da sobreirradiância (cloud enhancement). Este fenômeno faz com que a irradiância horizontal global exceda os valores de irradiância de um céu limpo. As usinas fotovoltaicas residenciais e comerciais, normalmente construídas com inversores de string, são afetadas pela maioria dos eventos de sobreirradiância. Isto ocorre porque algumas partes do gerador fotovoltaico não são cobertas pela área de sobreirradiância e as perdas por mismatch limitarão a potência máxima abaixo do valor correspondente à irradiância “aumentada”. Usinas fotovoltaicas de grande escala também podem ser afetadas pelos eventos extremos da sobreirradiância, mas apenas ocasionalmente [16].

Momento cultural: No Atlas Brasileiro de Energia Solar 2ª Edição, o qual é produzido pelo INPE, na sua página 17 consta o seguinte: "Em pesquisas realizadas no território brasileiro foram observados valores de irradiância de global horizontal de até 1822 W/m2 (Rüther et al., 2017)".

Por que devemos nos preocupar com o sombreamento provocado pelas nuvens?

As variações de irradiância causadas pelas nuvens em movimento podem ter efeitos negativos consideráveis na operação de sistemas fotovoltaicos [17]. Elas podem levar a falhas no rastreamento do ponto de máxima potência, causando perdas extras e perdas por mismatch devido ao sombreamento parcial [18]. Além disso, podem causar flutuações significativas na potência de saída dos sistemas fotovoltaicos. As mudanças na produção de energia devido às nuvens foram notadas como grandes e rápidas [19].

Um dos estudos demonstrou que as conexões longas de módulos fotovoltaicos em série têm consideravelmente mais perdas por mismatch do que as conexões paralelas sob condições com sombreamento parcial causado por nuvens. Perdas em conexões em série podem ser de até 4% [19]. As nuvens causaram perdas por mismatch também nas conexões paralelas das strings do módulo PV, mas não tanto quanto nas conexões em série. Portanto, os resultados mostraram que as perdas por mismatch devido ao sombreamento parcial causado pelas nuvens aumentam com o aumento do comprimento das conexões em série. Para minimizar essas perdas por mismatch, o comprimento das strings deve ser o mais curto possível [19].

Para quem gosta de números, um destes estudos [2] demonstrou que quando uma sombra se move paralelamente às strings de um arranjo fotovoltaico, todas as configurações estudadas apresentaram perdas por mismatch iguais da ordem de 20% durante o período de transição das nuvens. Também foi demonstrado que quando uma sombra se move diagonalmente às strings de um arranjo fotovoltaico, toda configuração apresenta perdas únicas por mismatch na faixa de 10 a 20%.

Lembrando que todos os estudos e as afirmações vistas até o momento são para os casos onde foram instalados sistemas tradicionais de string ou centrais.

Quais tecnologias podem reduzir ou eliminar as perdas por mismatch em sistemas fotovoltaicos causadas pelas nuvens em movimento?

As perdas por mismatch causadas pelo sombreamento parcial das nuvens em movimento nada mais é do que mais uma fonte de perdas por mismatch em sistemas fotovoltaicos. No artigo anterior (leia aqui) vimos 10 fontes de mismatch e o sombreamento provocado pelas nuvens estava na lista. Também vimos que dentre as tecnologias que podem reduzir ou eliminar as perdas por mismatch estão os microinversores e os otimizadores de potência.

Então qual seria a novidade apresentada neste artigo? Além de mostrar uma vasta literatura a respeito do tema, inclusive com alguns estudos quantificando estes efeitos, teremos a oportunidade de ver esse efeito na prática.

Sombreamento parcial provocado pelas nuvens na prática

Este vídeo abaixo mostra o comportamento de dois sistemas fotovoltaicos sendo afetados predominantemente pelo efeito das nuvens em movimento.

Utilizando a eletrônica de potência a nível de módulo (MLPE) e um bom sistema de monitoramento é possível fazer uma análise do mismatch entre os módulos ou pares de módulos, como mostra a Figura 2:

Neste exemplo podemos ver uma grande e rápida variação nos valores de potencias dos pares de módulos em virtude, principalmente, do movimento das nuvens. Somente com a categoria MLPE é possível fazer este tipo de análise e calcular o quanto de perdas por mismatch foi recuperada.

Inversores de string podem ter os mesmos resultados da categoria MLPE?

A não ser que tenham sido incorporados algum tipo de produto da categoria MLPE nos módulos, a resposta é um categórico não. Como já vimos em outros artigos, cada módulo fotovoltaico possui seu próprio ponto de máxima potência (Fig. 3). Esses pontos de máxima potência variam ao longo do tempo, constantemente.

Em sistemas tradicionais de string, os módulos fotovoltaicos são conectados em série e em paralelo para atender aos requisitos de tensão e corrente CC de entrada do inversor. No entanto, a energia CC total em um arranjo geralmente é menor que a soma da potência nominal individual de cada módulo [20]. No exemplo da Figura 3 vemos, em um determinado instante, que a potência máxima do sistema deveria ser 987 W, porém o inversor de string extrairá somente 242 W de cada módulo, resultando em uma potência de saída de 968 W. Isso representa uma perda de 19 W naquele instante. Quanto mais módulos e à medida que o tempo passa, maiores são as perdas.

Isto acontece porque a física nos diz que a corrente em um circuito em série deve ser igual para todos os módulos. Um inversor de string enxerga vários módulos em série como se fossem um único módulo. Por exemplo, 4 módulos de 72 células ligados em um único MPPT são vistos pelo inversor de string como um único módulo de 288 células. Portanto, o MPPT neste caso tentará encontrar o ponto de máxima potência do arranjo, ignorando a produção individual de cada módulo.

Alguns fabricantes de inversores de string estão divulgando melhorias em seus algoritmos de MPPT como se elas resolvessem os problemas de sombreamentos parciais e obtivessem resultados semelhantes aos da categoria MLPE. Contudo, o objetivo dessas melhorias é evitar um problema que supostamente nunca deveria existir: o algoritmo ficar preso em máximos locais.

O problema de se ficar preso em máximos locais é obvio: a potência máxima que pode ser extraída do arranjo está no máximo global, e não no máximo local. Este é um problema de controle, que deve ser solucionado pelos fabricantes. Portanto, o resultado dessas melhorias no MPPT não traz resultados semelhantes aos da categoria MLPE, por tratarem de problemas distintos e porque o inversor de string não consegue atuar à nível de módulos. Para eliminar ou reduzir perdas por mismatch, como o sombreamento parcial, existem tecnologias como microinversores e otimizadores de potência [21]. Podemos falar especificamente sobre como funcionam e onde se diferenciam os algoritmos de MPPT em microinversores, otimizadores, inversores de string e centrais em um próximo artigo.

Conclusões

O mismatch sempre irá ocorrer em qualquer sistema fotovoltaico. Portanto, não é correto afirmar que não existe sombreamento em determinados sistemas fotovoltaicos, visto que sempre existirá o sombreamento provocado pelas nuvens em movimento, além de outras fontes inevitáveis de mismatch.

As variações de irradiância causadas pelas nuvens em movimento podem levar a falhas no rastreamento do ponto de máxima potência, causando perdas extras. Além disso, as mudanças na produção de energia devido às nuvens são grandes e rápidas. Para tanto, o algoritmo de MPPT deve ser rápido o suficiente para acompanhar a dinâmica do sistema, porém não deve ficar preso em máximos locais por não varrer a curva P-V por completo.

Conexões longas de módulos fotovoltaicos em série apresentam consideravelmente mais perdas por mismatch do que as conexões paralelas sob condições com sombreamento parcial causado por nuvens.

Por fim, no Brasil já existem tecnologias que podem reduzir ou eliminar as perdas por mismatch em sistemas fotovoltaicos, com isso aumentar a eficiência e a confiabilidade dos sistemas fotovoltaicos em condições de mismatch, como os microinversores e os otimizadores de potência.

Referências

[1] K. Lappalainen, A. Mäki, S. Valkealahti, Effects of the Size of PV Arrays on Mismatch Losses under Partial Shading Conditions Caused by Moving Clouds, 28th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, pp. 4071 - 4076, Sep-Oct, Paris, 2013.

[2] K. Lappalainen, A. Mäki, S. Valkealahti, Effects of the Sharpness of Shadows on the Mismatch Losses of PV Generators under Partial Shading Conditions Caused by Moving Clouds, 28th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, pp. 4081 - 4086, Sep-Oct, Paris, 2013.

[3] A. Mäki, S. Valkealahti, IEEE Transactions on Energy Conversion, 27 (2012) 173.

[4] M.Z.S. El-Dein, M. Kazerani, M.M.A. Salama, IEEE Transactions on Sustainable Energy, 4 (2013) 99.

[5] M.Z.S. El-Dein, M. Kazerani, M.M.A. Salama, IEEE Transactions on Sustainable Energy, 4 (2013) 145.

[6] D. Picault, B. Raison, S. Bacha, J. Aguilera, J. De La Casa, 9th International Conference on Environment and Electrical Engineering, Vol. I (2010) 37.

[7] A. Mäki, S. Valkealahti, J. Leppäaho, Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 20 (2012) 298.

[8] H. Patel, V. Agarwal, IEEE Transactions on Energy Conversion, 24 (2008) 302.

[9] Y.-J. Wang, P.-C. Hsu, Energy, 36 (2011) 3069.

[10] K. Ishaque, Z. Salam, Syafaruddin, Solar Energy, 85 (2011) 2217.

[11] A. Bidram, A. Davoudi, R.S. Balog, IEEE Journal of Photovoltaics, 2 (2012) 532.

[12] A. Mäki, S. Valkealahti, Proceedings 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Vol. I (2011) 4227.

[13] A. Mäki, S. Valkealahti, Proceedings 27th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Vol. I (2012) 3911.

[14] C.R. Sánchez Reinoso, D.H. Milone, R.H. Buitgaro, International Journal of Hydrogen Energy 35 (2010) 5838.

[15] C.R. Sánchez Reinoso, D.H. Milone, R.H. Buitgaro, Applied Energy, 103 (2013) 278.

[16] K. Lappalainen, S. Valkealahti, Mathematical Parametrisation of Irradiance Transitions Caused by Moving Clouds for PV System Analysis, 32nd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, pp. 1485 – 1489, June, Munich, 2016.

[17] M. Järvelä, K. Lappalainen, S. Valkealahti, Cloud Enhancement Phenomenon and its Effect on PV Generators, 35th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, pp. 1964 – 1968, September, Bruxelas, 2018.

[18] K. Lappalainen, S. Valkealahti, Simulation Resolution of PV System Partial Shading Studies, 33nd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, pp. 1973 – 1977, September, Amsterdam, 2017.

[19] A. Mäki, S. Valkealahti, Mismatch Losses in Photovoltaic Power Generators Due to Partial Shading Caused by Moving Clouds, 27th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, pp. 3911 – 3915, September, Frankfurt, 2012.

[20] N. Henze, B. Sahan, R. Burger, W. Belschner, “A Novel AC Module with High-Voltage Panels in CIS Technology”, 23rd European PV Solar Energy Conference and Exhibition, Valencia, Spain, September, 2008.

[21] B. Koirala, B. Sahan, N. Henze, “Study on MPP Mismatch Losses in Photovoltaic Applications”. 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Hamburgo, 2009. pp. 3727 - 3733.

Chile lança o primeiro empréstimo ao consumidor verde

Promovido pelo Ministério da Energia, Ministério das Finanças e Meio Ambiente, juntamente com o Banco Estado, destina-se a financiar projetos de eficiência energética e energias renováveis ​​para o lar. A taxa de juros é de 0,52%.

O ministro da Energia do Chile, Juan Carlos Jobet, juntamente com seus colegas do Tesouro, Felipe Larraín, e o Meio Ambiente, Carolina Schmidt, e o presidente do Banco Estado, Arturo Tagle, aprovaram nesta terça-feira o primeiro crédito de consumo verde do país.

A iniciativa, voltada para clientes e não clientes do Banco Estado, será utilizada para financiar projetos de eficiência energética e energias renováveis ​​para o lar, como isolamento térmico, energia solar, ar condicionado e ventilação eficiente.

O Crédito ao Consumidor Verde oferece uma taxa preferencial especial de 0,52% ao mês (a taxa dependerá da quantidade, prazo e avaliação de crédito, também está sujeito a variações de acordo com as condições comerciais em vigor no momento da concessão do crédito), financiamento a 100% do valor do projeto, até 90 dias para o pagamento da primeira parcela e até dois meses no ano, não consecutivos, do não pagamento destes.

Quem deseja acessar este produto deve ser sujeito a crédito e seu projeto deve ser certificado pela Agência de Sustentabilidade Energética.

Segundo o ministro da Energia, “[…] com a instalação de painéis solares, as famílias poderiam economizar até US $ 300 mil por ano (cerca de 411 dólares), o que significa entre 80 e 90% da conta mensal de energia elétrica. "

Esse produto se soma a outras iniciativas que o Banco Estado desenvolveu na mesma linha, como o Crédito Imobiliário Ecovivienda, que busca incentivar a construção e aquisição de residências eficientes em energia, e o Crédito Verde para PMEs, que fornece financiamento para investimentos em projetos; Financiamento de capital de giro para sua implementação.

Há alguns meses, o Banco Interamericano de Desenvolvimento anunciou ter apoiado o Governo do Chile na preparação da documentação e certificação necessárias para a emissão de um título soberano verde.

Pesquisadores dinamarqueses adicionam um pouco de cor ao PV no convés

Cientistas liderados pela Universidade Técnica da Dinamarca iniciaram um projeto para projetar células solares que podem ser produzidas em cores diferentes, com um efeito mínimo em seu desempenho. São células que seriam adequadas para aplicações integradas em edifícios e outras que levem em conta fatores estéticos.

cmart29, pixabay

A Universidade Técnica da Dinamarca (DTU) anunciou planos para um projeto, que envolve parceiros do setor, para desenvolver módulos fotovoltaicos multicoloridos.

O objetivo do projeto é produzir módulos solares para aplicações fotovoltaicas integradas em edifícios (BIPV) que podem ser coloridos para se adaptarem à estética de uma estrutura sem comprometer significativamente o desempenho dos painéis.

"O consumo de energia nos edifícios representa quase 40% do consumo total de energia na Dinamarca", disse o pesquisador da DTU Peter Poulsen. "Portanto, a integração de células solares em materiais de construção é cada vez mais importante no objetivo de se tornar independente dos combustíveis fósseis até 2050".

O projeto servirá para refinar um método desenvolvido pelo fabricante Danish Solar Energy Ltd, que opera uma pequena fábrica no sul do país. A técnica Solar dinamarquesa esconde as células solares atrás de um filme fino e transparente que tem pouco efeito no desempenho e pode ser facilmente colorido.

Uma questão de estética

Para a energia fotovoltaica no telhado e integrada aos edifícios, as preocupações estéticas são um fator que atrasa o seu desenvolvimento, uma vez que os arquitetos desconfiam do uso de materiais que não estão em conformidade com seus princípios de design. Isso levou a módulos de cores diferentes se tornando uma área popular para pesquisa. O Fraunhofer ISE da Alemanha, por exemplo, exibiu seu produto MorphoColor, que pode ser produzido em qualquer cor com uma perda de eficiência relativa de não mais que 7%, na feira PVSEC deste ano.

O projeto DTU também tenta incorporar painéis isolantes coloridos nos módulos como um processo alternativo. "O objetivo é ser capaz de colorir as células solares para que elas se adaptem a praticamente todos os edifícios", disse Poulsen.

Os módulos coloridos serão produzidos e testados em um novo laboratório planejado para o campus da DTU Risø, e os primeiros módulos são esperados no próximo ano. "Na Dinamarca, não podemos competir na fabricação de células solares de baixo custo", acrescentou Poulsen. "No entanto, podemos ajudar a garantir soluções tecnológicas de próxima geração quando se trata de soluções integradas na construção".

Titânio pode melhorar células da perovskita

Cientistas do instituto russo NUST MISIS e da Universidade de Roma descobriram que um carboneto de titânio bidimensional pode melhorar o desempenho de uma célula solar de halogeneto de perovskita quando adicionada em quantidades microscópicas pelas diferentes camadas celulares.

Cientistas e colaboradores da NUST MISIS da Universidade de Roma fizeram uma descoberta que poderia melhorar ainda mais o desempenho das células solares de perovskita.

Imagem: sgnuskov / Wikimedia Commons

Um artigo de cientistas da Universidade Nacional de Ciência e Tecnologia da Rússia (NUST MISIS) e da Universidade Tor Vergata, em Roma, descreveu como o MXene, um carboneto bidimensional de titânio, pode proporcionar um aumento de até 25% no rendimento em células solares de perovskita.

Os cientistas disseram que o MXene reduz as perdas à medida que os elétrons se movem entre o absorvedor e as camadas de eletrodo em uma célula. "Descobrimos que o MXenes, devido à sua estrutura bidimensional exclusiva, pode ser usado para ajustar as propriedades da superfície da perovskita, o que permite uma nova estratégia de otimização para esta célula solar de terceira geração", disse Aldo di Carlo, professor de optoeletrônica e nanoeletrônica. da Universidade de Roma.

As experiências, descritas no documento " MXenes de carboneto de titânio para funções de trabalho e engenharia de interface em células solares de perovskita ", publicadas na Nature Materials , testaram várias estruturas de dispositivos diferentes que incorporam MXenes em diferentes partes da célula. Quando os dispositivos foram medidos em relação às células de referência sem o MXene, o grupo constatou que a configuração mais eficiente tinha os materiais integrados em todas as camadas e na interface entre eles.

Aumento de eficiência

"Para melhorar a eficiência das células solares de perovskita, precisamos otimizar a estrutura do dispositivo e a interface principal e as propriedades de massa de cada uma das camadas para melhorar o processo de extração de carga nos eletrodos", disse o pesquisador da NUST MISIS. Danila Saranin. “Juntamente com nossos colegas italianos, realizamos uma série de experimentos incorporando uma quantidade microscópica de MXenes na célula solar de perovskita. Como resultado, conseguimos aumentar a eficiência dos dispositivos em mais de 25% em comparação com os protótipos originais. ”

Os pesquisadores dizem que agora trabalharão na estabilização dos dispositivos MXene de perovskita e no aumento do desempenho. Eles confiam que os dispositivos podem ser expandidos para aplicação comercial. "O principal resultado deste trabalho é a identificação de alterações nas propriedades elétricas dos semicondutores causadas pela introdução do MXenes", disse Anna Pazniak, cientista da NUST MISIS que trabalhou no artigo de pesquisa. "Portanto, este novo nanomaterial tem um grande potencial para uso em produção em larga escala".

Cientistas alemães se unem para criar células de perovskita em tandem

Dois dos principais institutos de pesquisa da Alemanha e um fabricante de módulos CIGS anunciaram planos para trabalhar no desenvolvimento de células tandem perovskita-CIGS com o objetivo de produzir módulos de camada fina com eficiência superior a 30%.

Os parceiros do projeto Capitano trabalharão por três anos em conceitos de módulos tandem de alta eficiência com a tecnologia perovskita-CIGS. - Imagem: KIT / Marcus Breig

O Instituto Alemão de Tecnologia Karlsruhe (KIT), o Centro de Pesquisa em Energia Solar e Hidrogênio Baden-Würtemburg (ZSW) e o fabricante do módulo CIGS Nice Solar Energy anunciaram sua ambição de projetar módulos fotovoltaicos em tandem baseados em CIGS e perovskita, que teoricamente, eles podem atingir eficiências bem acima de 30%.

O projeto conjunto, chamado Capitano, terá duração de três anos e recebeu mais de 5 milhões de euros do Ministério Federal de Economia e Energia da Alemanha.

No projeto, a ZSW se concentrará no desenvolvimento de módulos CIGS adaptados a espectros de absorção específicos para criar a melhor sinergia com uma camada de perovskita e conseguir capturar o máximo possível do espectro de luz. Isso inclui a otimização das camadas de contato intermediárias e transparentes entre as duas células.

Pedido de energia fotovoltaica integrada em edifícios

A contribuição do KIT se concentrará no desenvolvimento de novos materiais e processos para a produção de células e módulos solares de perovskita e na investigação de técnicas de fabricação escaláveis. O instituto diz que se concentrará especialmente nos métodos de moldagem de slots e deposição em fase gasosa. O KIT também desenvolverá um conceito de gerenciamento de luz para os módulos e cuidará dos cálculos de desempenho.

A Nice Solar Energy, com sede na Alemanha, avaliará a produção em escala industrial. A empresa fornecerá módulos CIGS para a produção de produtos em tandem e fará comparações de custos com módulos solares CIGS de conexão única, com base em uma capacidade de produção hipotética de 300 MW.

"Estamos desenvolvendo a próxima geração de módulos solares tandem de camada fina de alta eficiência com uma eficiência de mais de 30%", disse Ulrich W. Paetzold, líder do grupo de pesquisa júnior KIT. "Os campos de aplicação promissores são, por exemplo, módulos solares de alta eficiência para soluções fotovoltaicas integradas em edifícios (BIPV)".

Além do potencial de alta eficiência, os dispositivos em tandem CIGS-perovskita oferecem a perspectiva de módulos solares leves e baratos de processar. O recorde atual de eficiência tecnológica é de 24,6% e foi estabelecido em setembro passado pelo Instituto de Pesquisa Belga IMEC.

O preto mais preto para células solares mais eficientes

Os cientistas do MIT afirmam ter criado um material 10 vezes mais preto do que qualquer outro tipo de preto visto até hoje. O novo material é capaz de absorver mais de 99,96% da luz e refletir 10 vezes menos luz do que outros materiais pretos. A invenção pode ser interessante para o desenvolvimento da tecnologia fotovoltaica de silício preto e células solares baseadas em nanotubos de carbono.

Natcore

Cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) desenvolveram um material feito de nanotubos de carbono alinhados verticalmente que afirmam ser os mais negros já registrados.

De acordo com os resultados de um estudo publicado na revista ACS-Applied Materials and Interfaces , a tecnologia patenteada de nanotubo de carbono (CNT) é capaz de absorver mais de 99,96% da luz.

"Qualquer objeto coberto com esse material CNT perde toda a sua plasticidade e parece completamente plano, abreviado / reduzido a uma silhueta negra", disse o criador da folha, o cientista do MIT Brian Wardle. "Nosso material é 10 vezes mais preto do que qualquer coisa que se sabe, embora eu ache que o preto mais preto é um alvo em movimento", disse ele. "Alguém encontrará um material mais escuro e, com o tempo, entenderemos todos os mecanismos subjacentes e podemos projetar adequadamente o preto supremo", acrescentou.

Se a afirmação for verdadeira, o novo material seria mais preto que o Vantablack, que foi desenvolvido com um processo de crescimento de nanotubos de carbono a baixa temperatura e está sendo estudado para uma possível aplicação na fabricação de células solares mais eficientes para capturar o luz Este material foi desenvolvido pela empresa britânica Surrey NanoSystems e é capaz de absorver até 99,96% da luz.

Pesquisadores do MIT, que já haviam trabalhado em como melhorar as propriedades elétricas e térmicas dos nanotubos de carbono em materiais eletricamente condutivos, como o alumínio, disseram que o material poderia ser aplicado para reduzir o brilho indesejado em cortinas ópticas ou para ajudar Telescópios espaciais para detectar exoplanetas em órbita.

Potencial solar

O professor Wardle disse à revista pv que o novo material também poderia ser aplicado no campo da energia solar. “Sim, essa é uma das áreas de aplicação que identificamos como as mais promissoras para a CNT no alumínio, devido à conexão direta entre a CNT e o alumínio metálico, ou seja, não existe uma camada de alumina entre elas que limite o transporte elétrico e térmico da CNT para ou do alumínio ”, acrescentou.

No entanto, a equipe de pesquisa do MIT não explorou o uso do material em tecnologias de silício preto ou células solares baseadas na CNT até o momento.

Negligenciado pela indústria, o interesse nos processos de produção de silício preto voltou a surgir recentemente com a adoção de serras de fio diamantado entre grandes fabricantes. Empresas como a Canadian Solar, a GCL Systems Integration e a Suntech estão explorando essa tecnologia.

Com as nanoestruturas gravadas em sua superfície, o silício preto possibilita a produção de células solares com uma área de superfície maior e a capacidade de absorver a luz em ângulos mais amplos. As células solares convencionais capturam fótons indiretos com menos eficiência. O silício preto também é mais eficiente para absorver comprimentos de onda mais curtos da luz.

A Universidade Nacional da Austrália atinge um novo recorde de eficiência para perovskita

Os cientistas da instituição alcançaram uma eficiência de 21,6% com uma célula de perovskita de 1 cm². O marco foi verificado como um novo recorde mundial para perovskitas desse tamanho.

O Dr. Jun Peng e o Professor Associado Thomas White, com suas células de perovskita de 1 cm², quebraram um recorde. - Imagem: Lannon Harley / ANU

A Universidade Nacional da Austrália estabeleceu um novo recorde de eficiência de 21,6% para uma célula solar de perovskita de junção única de 1 cm².

O recorde foi anteriormente detido pelo Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan da Coréia do Sul, que atingiu 22,1% em uma célula menor de perovskita em 2017, mas excedeu 19,7% quando foi estendido para um centímetro quadrado.

A tabela das Melhores Eficiências de Células de Pesquisa, publicada pelo Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA indica que outra célula de perovskita, desenvolvida em conjunto pelo Instituto de Pesquisa de Tecnologia Química da Coréia e pelo MIT, é de 25,2%, mas não parece que mais detalhes tenham sido publicados.

"Quando eles são muito jovens, é difícil mensurá-los com precisão e não é necessariamente representativo do que aconteceria se eles fossem expandidos", disse o professor associado da ANU, Thomas White. "Portanto, nosso resultado é o mais alto em uma escala que muitos consideram o mínimo: um centímetro quadrado".

Engenharia de nanoestruturas

A última célula que mantém um registro é baseada em um material especialmente projetado com uma nanoestrutura que permite alta tensão e corrente. O Laboratório de Desempenho Fotovoltaico da Organização de Pesquisa Científica e Industrial da Commonwealth certificou o recorde de eficiência da Universidade Nacional da Austrália.

O estudo da ANU recebeu financiamento da Agência Australiana de Energia Renovável.

White observou que o desafio pendente dos perovskitas é a estabilidade e a prova de que eles podem atender às expectativas da indústria por uma vida operacional de 25 a 30 anos. O professor associado disse que o objetivo final da universidade é combinar seus perovskitas em um dispositivo tandem com silício, objetivo que várias empresas estão abordando a realidade, com a expectativa de expandir as linhas de produção em vários locais.

Canadian Solar melhora a eficiência de suas células mono vazadas em 0,52%

O resultado foi confirmado pelo instituto alemão Solarenergieforschung GmbH. O fabricante afirma ter atingido uma eficiência de 22,80% para sua célula P5 multicristalina produzida com o processo de fabricação mono-fundido.

Imagem: Canadian Solar

O fabricante chinês-canadense de painéis solares Canadian Solar anunciou que alcançou uma eficiência de 22,80% para sua célula solar multicristalina do tipo P5. A empresa afirmou que o novo recorde foi confirmado pelo instituto alemão Solarenergieforschung GmbH (ISFH) e que melhora o recorde anterior de 22,28% estabelecido no final de maio.

“Estou muito feliz em anunciar que quebramos o recorde mundial novamente. Este é um marco para o nosso desenvolvimento tecnológico P5 e demonstra que nossa tecnologia de silício multicristalino pode alcançar eficiências muito próximas ao macaco, enquanto desfruta da vantagem de custo do multit ”, disse o CEO da Canadian Solar Shawn Qu.

O novo recorde, de acordo com a empresa, foi alcançado usando pastilhas de silício P5 de 157 mm x 157 mm e outras tecnologias, como a gravação química catalisada por metal ou o processo de 'silício preto', também conhecido como ' silício preto ', bem como o emissor seletivo, revestimento anti-reflexo multicamadas, passivação superficial avançada e um design otimizado de grade e metalização.

Células solares desse tipo são produzidas com silício fundido semeado, também conhecido como "mono vazado" ou mono quase cristalino. O processo de mono fundição permite a produção de material de bolacha semelhante ao monocristalino usando um forno multicristalino modificado, evitando investimentos dispendiosos em máquinas de extração de lingotes. As bolachas "mono vazadas" são menos suscetíveis à recombinação devido a defeitos de boro-oxigênio e têm a vantagem de um menor risco de degradação induzida pela luz (DIL).

Outro fabricante chinês que investiu nessa tecnologia de produção é a GCL Systems Integration, que apresentou painéis solares baseados nela na primavera passada, com uma eficiência de 18,9%.

Produtos desse tipo apareceram pela primeira vez no mercado solar global no início desta década, mas após um primeiro entusiasmo inicial, a tecnologia recebeu pouca atenção nos últimos anos, devido à falta de processos de fabricação adequados. No entanto, nos últimos tempos, quando a tecnologia monocristalina assumiu a liderança no mercado, os fabricantes de módulos policristalinos viam na tecnologia mono cast uma maneira de trazer novos produtos ao mercado.

HZB atinge uma eficiência de 23,26% com a célula tandem CIGS-perovskita

Cientistas do centro de pesquisa Helmholtz Zentrum Berlin, na Alemanha, apresentaram um novo recorde mundial de eficiência para uma célula em tandem que combina CIGS e tecnologia de perovskita na quarta-feira na conferência PVSEC da UE em Marselha (França). O desenvolvimento de uma camada de revestimento orgânico entre os dois semicondutores foi fundamental.

HZB

O Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) estabeleceu um novo recorde de eficiência de 23,26% com uma célula tandem de perovskita / CIGS de 1 cm². Isso representa uma melhora significativa em relação aos 21,6% alcançados pelo HZB em fevereiro.

O novo registro significa que a eficiência das células tandem está próxima do recorde de 23,35% de uma célula CIGS autônoma de 1 cm² definida em janeiro pela Solar Frontier. Se os cientistas puderem demonstrar um ganho de eficiência para a estrutura em tandem em uma célula independente, como já foi alcançado com a tecnologia perovskita / silício, a combinação pode despertar um interesse muito maior.

O instituto de pesquisa belga imec também alcançou uma eficiência de 24,6% com um dispositivo tandem perovskita / CIGS em setembro passado, com uma célula de 0,5 cm² e uma estrutura de quatro terminais, evitando perdas de interface CIGS / perovskita.

O registro HZB foi apresentado nesta quarta-feira na conferência PVSEC da UE em Marselha (França) pelo cientista Steve Albrecht, que explicou que uma das principais inovações que permitiram a conquista foi o desenvolvimento de uma camada orgânica entre as duas células, o que reduziu a perdas no eletrodo que separa as duas camadas celulares ativas.

Imagem microscópica da célula fotovoltaica em tandem HZB e da monocamada avermelhada de montagem automática entre as camadas CIGS e perovskita. Imagem: HZB

A camada é baseada em moléculas orgânicas de carbazol combinadas com ácido fosfônico e auto-montadas em uma monocamada que cobre a superfície áspera dos semicondutores. "As SAM [monocamadas auto-montadas] são surpreendentemente simples e robustas", disse Amran Al-Ashouri, um estudante de doutorado da equipe Albrecht. “Isso também permite escalá-los para níveis industriais. Além disso, eles são compatíveis com uma ampla variedade de substratos e seu consumo de material é extremamente baixo. ”

O grupo registrou duas patentes para inovações na célula e espera que seu trabalho acelere o progresso em direção a tecnologias fotovoltaicas perovskitas viáveis ​​e de baixo custo.

Zhonghuan Semiconductor apresenta a super bolacha de 12 polegadas

O fabricante diz que seu produto Kwafoo melhora a eficiência e, se usado em módulos PERC apropriados do tipo p, pode ter uma potência de 610 W.

Imagem: Zhonghuan Semiconductor

A fabricante de wafer Zhonghuan Semiconductor, com sede em Tianjin, lançou um grande produto: uma bolacha 75% maior que as bolachas G1 convencionais que, segundo ele, em um formato tecnológico ideal, poderiam produzir uma potência de saída de até 610 W.

A bolacha 'Kwafoo' de 12 polegadas pode gerar esse desempenho se for usada em um módulo PERC (contato traseiro do emissor passivado) de 60 peças do tipo 'p' com células solares cortadas pela metade (ou meia célula).

Em sua publicidade para anunciar o novo produto, o fabricante disse que "trabalharia em estreita colaboração com parceiros em toda a cadeia de valor para criar uma plataforma de menor custo e mais eficiente para o mercado solar fotovoltaico".

Melhor quanto maior

O novo produto gerará “um BOS [saldo do sistema] muito mais baixo e um LCOE [custo nivelado de preços de energia para] projetos fotovoltaicos e maior lucratividade”, disse o presidente de Zhonghuan, Shen Haoping, acrescentando : "Isso ajudará a expansão de projetos de paridade de rede e impulsionará significativamente o desenvolvimento de todo o mercado fotovoltaico global".

A bolacha monocristalina de 12 polegadas da série M12 tem um comprimento lateral de 210 mm, em comparação com a bolacha tradicional de 158,75 mm e ainda maior que os produtos de 166 mm produzidos por alguns dos rivais de Zhonghuan desde o ano passado. A medida diagonal é 295 mm, em comparação com os 223 mm convencionais.

Com a reivindicação de Zhonguan de posicionar a bolacha à frente da usada por Longi no módulo de 500 W que ele apresentou na SNEC em Xangai no início deste ano, o fabricante de Tianjin também diz que seu produto pode aumentar a eficiência de conversão de Longi. 0,91% a mais de 20%.

Por Vincent Shaw

O aquecimento global afetará o desempenho dos painéis solares

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts dizem que as mudanças climáticas podem reduzir o desempenho dos módulos solares. A análise prevê que o aquecimento global possa causar perdas de desempenho de até 50 kWh por quilowatt instalado por ano.

Chris_LeBoutillier, pixabay

Um estudo de cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, nos Estados Unidos, considerou os possíveis efeitos negativos do aquecimento global no desempenho de painéis solares.

Os pesquisadores calcularam isso. Para cada grau de aumento da temperatura global, os módulos solares podem esperar um desempenho reduzido de 0,45%.

Os cálculos foram feitos usando o cenário de aquecimento "Via de concentração representativa" desenvolvido pelo Painel Intergovernamental das Nações Unidas sobre Mudança do Clima, que prevê um pico de emissões de CO2 em 2040 e um aumento médio da temperatura global de 1,8 graus Kelvin até 2100.

Temperaturas mais altas, maiores perdas

Embora o desempenho dos módulos solares caia em todos os lugares, as áreas mais afetadas seriam no sul dos Estados Unidos, sul da África e Ásia Central, de acordo com o estudo.

"Projetamos reduções médias na produção anual de energia de 15 kWh por kWp [de capacidade do sistema solar], com reduções de até 50 kWh por kWp em algumas áreas", escreveram os pesquisadores.

Os autores do relatório disseram que novos materiais e novas arquiteturas de painéis podem levar à criação de painéis com maior resistência a altas temperaturas. "Por exemplo, materiais com um intervalo de banda mais alto, como telureto de cádmio, têm uma queda muito menor na eficiência", afirmou o documento.

Outro relatório publicado recentemente afirma que apenas um sistema de energia baseado inteiramente na geração de zero carbono poderia ajudar a manter as temperaturas globais subindo abaixo de 1,5 graus Celsius e, assim, evitar uma catástrofe climática.

Em uma entrevista recente à revista PV, Christian Breyer - professor de economia solar da Universidade de Tecnologia Lappeenranta, na Finlândia - explicou como um modelo 100% renovável não é apenas tecnicamente viável, mas também a opção mais barata e segura para combater as mudanças climáticas .

Uma célula solar GaAs ultrafina atinge uma eficiência de 19,9%

Uma colaboração franco-alemã consegue captar a luz em uma camada de arseneto de gálio com apenas 205 nanômetros de espessura. Um artigo na Nature Energy descreve o apelo desta nova tecnologia para energia fotovoltaica.

Imagem: C2N / HL Chen e outros.

Uma equipe de pesquisadores do Instituto Fraunhofer ISE na Alemanha e do Centro de Nanociências e Nanotecnologias (C2N) da Universidade Paris-Saclay na França afirmam ter desenvolvido uma célula solar ultrafina à base de arseneto de gálio (GaAs), que é um composto pertencente a os chamados materiais III-IV, com eficiência de 19,9%.

Um artigo publicado esta semana na revista científica Nature Energy explica como os resultados foram obtidos graças a um novo processo de fabricação que usa um absorvente GaAs com uma espessura de 205 nanômetros depositados em um espelho nanoestruturado.

"Nossa idéia principal era projetar um espelho nanoestruturado que criaria várias ressonâncias sobrepostas na célula solar", disse Fraunhofer ISE. Essas ressonâncias capturam a luz no absorvedor e melhoram a absorção óptica em uma faixa espectral que se estende do visível ao infravermelho (correspondente ao espectro solar).

O espelho traseiro, feito de prata, foi esculpido em nanoescala por nanoprinting, aplicando uma película sol-gel derivada de dióxido de titânio. "Controlar a fabricação de espelhos em nanoescala é o que tornou o projeto possível", afirmou a equipe de pesquisa.

Em seu estudo, intitulado "Tecnologia Fotovoltaica e Concentradora III-V", os pesquisadores também afirmam que suas células solares podem atingir um rendimento de 25% e que sua espessura pode ser reduzida ainda mais sem perda de eficiência.

O plano de Jordan de ter energia solar em todas as mesquitas avança

Outros 35 lugares de culto serão voltados para o PV de telhados. Parte do financiamento para os projetos está sendo fornecido pelo Fundo de Energia Renovável e Eficiência Energética da Jordânia. Até agora, cerca de 500 mesquitas foram equipadas através do programa.

Cerca de 500 das 7 mil mesquitas do país foram equipadas com energia solar até hoje.

O Ministério de Energia e Recursos Minerais da Jordânia anunciou que outras 35 das cerca de 7.000 mesquitas do país serão equipadas com um painel fotovoltaico no telhado.

A ministra de energia e recursos minerais Hala Zawati disse que os projetos serão desenvolvidos em Aqaba, no sul da Jordânia.

Cerca de metade dos fundos serão fornecidos pelo Fundo de Energia Renovável e Eficiência Energética do Reino da Jordânia (JREEEF), enquanto o saldo deverá vir de credores não especificados. O custo total dos projetos mais recentes é estimado em torno de JOD 675.000 (US$ 952.045), disse o ministério em um comunicado.

Zawati acrescentou que cerca de 500 mesquitas na Jordânia estão sendo alimentadas por energia solar no telhado atualmente. Esses e os projetos recém-anunciados fazem parte de um esquema para implantar o PV em todas as mesquitas que foi lançado pelo governo jordaniano em março de 2015. "As mesquitas usam grandes quantidades de eletricidade e o projeto ajudará a reduzir significativamente suas contas de eletricidade, já que cerca de 300 dias no ano estão ensolarados", disse um representante do governo jordaniano na época.

O JREEEF também tem como alvo escolas nas áreas mais legais da Jordânia, ajudando a fornecer melhor isolamento e iluminação, bem como sistemas fotovoltaicos e aquecedores solares. O fundo foi criado como resultado da Lei de Energia Renovável de 2012 na Jordânia e entrou em vigor em 2015 como uma instituição para financiar projetos de energia renovável e eficiência energética em pequena escala.

Miasolé estabelece novo registro flexível de eficiência do CIGS

A subsidiária da Hanergy, baseada nos Estados Unidos, Miasolé, alcançou um recorde de eficiência de conversão de 17,44% para um módulo CIGS flexível de grande área. O registro foi confirmado pelo Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energia Solar.

Em janeiro, a Solliance incluiu a tecnologia CIGS da Miasole em uma célula em tandem com perovskita que alcançou 21,5% de eficiência. Imagem: Solliance

A Miasolé anunciou hoje que atingiu 17,44% de eficiência com um módulo flexível que usa a tecnologia de cobre selênio de índio e gálio (CIGS). A conquista foi confirmada de forma independente pelo Fraunhofer ISE e será adicionada à coleção de registros de PV na revista Progress in Photovoltaics.

O recorde foi alcançado em um módulo com área de abertura de 1,08m², produzido na linha de produção da Miasolé em Santa Clara, Califórnia. O material da célula CIGS foi depositado em um substrato flexível por meio de um processo de deposição de vapor físico, segundo a empresa, produz células solares de alta eficiência com alto rendimento.

A tecnologia CIGS tem potencial para a produção de módulos solares leves e flexíveis. Embora tenha sido produzido comercialmente em pequenas quantidades durante anos, o interesse industrial na tecnologia cresceu nos últimos anos, com vários gigawatts de nova capacidade de produção aumentando na Ásia.

De acordo com Miasolé, a tecnologia flexível CIGS desenvolvida pode ser usada na construção ou mesmo em painéis integrados a veículos. "Continuaremos a liderar o setor fornecendo produtos inovadores e poderosos que permitem novas aplicações para energia solar", disse o diretor de tecnologia Atiye Bayman.

A subsidiária Hanergy Solibro detém o recorde de eficiência CIGS em um módulo solar rígido tradicional desde o início de 2018, enquanto o fabricante japonês Solar Frontier - que produziu módulos CIGS comercialmente por décadas - estabeleceu o recorde mundial para a tecnologia em 22,9%, alcançado em uma célula de 1cm².

Vários institutos de pesquisa líderes, incluindo a imec e a Solliance, relataram eficiências bem acima de 20% para células em série combinando camadas de perovskita e CIGS. Em janeiro, este último relatou 21,5% de eficiência para uma célula em tandem, cuja camada CIGS foi fornecida por Miasolé.

'Turbocompressão' silício PV: cientistas do MIT arranham a superfície da fissão de exciton singlet

Cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) desenvolveram um dispositivo que, segundo eles, poderia "turbinar" uma célula fotovoltaica de silício de junção única, empurrando a tecnologia além de seu limite teórico para eficiências de 35% ou mais.

Até mesmo a eficiência de 35% prevista pelos pesquisadores do MIT poderia ser melhorada.

Imagem: Nick Stenning / Wikimedia Commons

Um artigo publicado na semana passada na revista Nature detalhou como os cientistas do MIT demonstraram como um efeito conhecido como singlet exciton fission poderia ser aplicado a células solares de silício e poderia levar a eficiências celulares de até 35%.

A fissão de exciton singlete é um efeito visto em certos materiais em que um único fóton (partícula de luz) pode gerar dois pares de elétrons-furos à medida que é absorvido em uma célula solar em vez do usual. O efeito foi observado pelos cientistas desde a década de 1970 e, embora tenha se tornado uma importante área de pesquisa para alguns dos principais institutos do mundo na última década; traduzir o efeito em uma célula solar viável provou ser complexo.

No papel Sensitization of silicon por singlet exciton fission in tetracene, os cientistas afirmaram ser o primeiro grupo a transferir o efeito de um dos materiais 'excitônicos' conhecidos para exibi-lo, neste caso o tetraceno - um semicondutor orgânico de hidrocarboneto, em cristalino silício. Eles conseguiram a façanha colocando uma camada adicional de apenas alguns átomos de oxinitreto de háfnio entre a célula solar de silício e a camada excitante de tetraceno.

"Acontece que essa pequena minúscula faixa de material na interface entre esses dois sistemas acabou definindo tudo", explicou o principal autor Markus Einziger, um estudante de pós-graduação do Center for Excitonics do MIT. "É por isso que outros pesquisadores não conseguiram fazer com que esse processo funcionasse e por que finalmente conseguimos."

Efeito de ponte

A camada de oxinitreto de háfnio age como uma “ponte legal”, possibilitando que fótons de alta energia gerados na camada de tetraceno desencadeiem a liberação de dois elétrons na célula de silício. Os cientistas relataram que a descoberta viu uma duplicação da produção de energia das partes verde e azul do espectro de luz.

No entanto, enquanto eles especulam que o desenvolvimento poderia aumentar a eficiência das células solares de silício para um máximo de cerca de 35% - além do limite teórico para o silício solar de junção única - elas não incluíam as eficiências realmente alcançadas em seus experimentos.

Os pesquisadores afirmaram que, enquanto seu trabalho recém-publicado fornece a "etapa crucial" de acoplar os dois materiais de forma eficiente, ainda há trabalho a ser feito. "Ainda precisamos otimizar as células de silício para esse processo", disse o professor de engenharia elétrica e ciência da computação do MIT, Marc Baldo. "No geral, os aplicativos comerciais provavelmente ainda estão fora de alguns anos".

A eficiência pode ser ainda maior

Os pesquisadores do MIT estavam interessados ​​em adicionar o seu trabalho, que eles descreveram como “turbinar” células solares de silício, diferindo das abordagens mais comuns para aumentar a eficiência das células solares, que atualmente estão mais focados nos conceitos de células em tandem. "Estamos adicionando mais corrente no silício em vez de fazer duas células", disse Baldo.

A equipe continuará seu trabalho com os materiais, que podem ter o potencial de atingir eficiências para o silício de junção única além dos 35% da teoria. "Sabemos que oxinitreto de háfnio gera carga adicional na interface que reduz as perdas por um processo chamado passivação de campo elétrico", disse Einziger. "Se pudermos estabelecer um melhor controle sobre esse fenômeno, as eficiências podem subir ainda mais."

Motor elétrico de plástico pode ajudar carros elétricos a reduzir o peso

Provavelmente o futuro terá carros elétricos mais rápidos e com mais autonomia. Certamente a evolução passará por motores melhores e mais econômicos. Contudo, em boa parte, essa evolução passará pelo ganho na utilização de melhores materiais no fabrico dos componentes. Desenvolver um motor elétrico de plástico pode seguramente ser um passo certeiros para disponibilizar mais quilômetros com a mesma carga de bateria.

Foi apresentado um projeto que visa apostar no plástico para desenvolver um motor mais leve, mas sobretudo mais barato.

Motores poderão ser mais eficientes se forem de plástico

Massa, aerodinâmica e eficiência motriz são os três pilares para um veículo de motor de combustão ser mais eficiente. Embora os carros elétricos já tenham o motor energeticamente mais eficiente alguma vez criado, ainda é procurada a eficiência no que toca ao preço.

Portanto, atualmente, para tornar os VEs mais eficientes a aposta passa por algo mais. Neste caso, vemos uma preocupação a desenhar melhor os puxadores das portas, os espelhos retrovisores, a frente, as jantes e muitas outras partes do carro.

Curiosamente, uma dessas oportunidades foi encontrada no elemento mais improvável: o motor elétrico. E se o seu invólucro fosse feito de plástico em vez de metal?

Motores elétricos mais eficientes que motores térmicos

Este foi o desafio proposto na Alemanha pelo Instituto Fraunhofer de Tecnologia Química e pelo Instituto de Tecnologia de Karlsruhe.

Um motor elétrico consiste num rotor giratório e um estator estático. O estator contém as bobinas de cobre pelos quais a eletricidade flui – e é aí que a maioria das perdas elétricas ocorre.

Referiu Robert Maertens, investigador do Fraunhofer ICT. Maertens refere-se aos 10% das perdas que acontecem através do calor num motor elétrico. É por isso que os carros elétricos são tão eficientes: 90% da energia elétrica transforma-se em movimento, enquanto os melhores motores de combustão só podem transformar 40% da energia química contida nos combustíveis para funcionar.

Meta é o motor elétrico não perder praticamente nada

Desta forma, o projeto tem como meta resolver o problema dos 10% de perdas. Assim, para não sobreaquecer, estes motores apresentam um invólucro de metal que conduz o calor gerado para uma manga de resfriamento, também feita de metal.

No entanto, o motor Fraunhofer usa fios planos retangulares ao redor dos estatores em vez dos fios redondos usados atualmente. Isso economiza espaço para os canais de refrigeração próximos aos estatores.

Neste projeto otimizado, as perdas de calor podem ser dissipadas através do canal de refrigeração dentro do estator, eliminando a necessidade de transportar o calor através do invólucro de metal para uma manga de refrigeração externa.

Explicou o especialista, que também aponta outras vantagens, como menor inércia térmica, o que significa que pode arrefecer muito mais rápido e maior saída contínua, algo que não precisa de qualquer explicação. O rotor também possui uma solução de refrigeração neste projeto.

Novos plásticos termoendurecíveis reforçados com fibras

Esta maior eficiência de arrefecimento é o que permitiu aos investigadores construir o motor a partir do plástico. Melhor dizendo, a partir de plásticos termoendurecíveis reforçados com fibras.

Caixas de polímero são leves e mais fáceis de produzir do que caixas de alumínio. Também se prestam a geometrias complexas sem exigir pós-processamento, por isso fizemos algumas economias reais no peso e custos totais.

Rematou Maertens.

Segundo os especialistas, os protótipos levam apenas quatro minutos para serem construídos. E a produção em massa será relativamente fácil de alcançar. No que se refere ao processo de refrigeração, evita 80% dos 10% de perdas.

Desta forma, contas feitas, sozinho aumenta a eficiência do motor elétrico para 98 por cento. No entanto, os investigadores acreditam que podem fazer com que os 20 por cento restantes, ou 2 por cento das perdas totais, sejam ainda menores, otimizando o fluxo de refrigeração.

Se estes motores se mostrarem tão confiáveis ​​quanto os de carcaça metálica, em breve teremos veículos mais leves, mais baratos e mais eficientes. Aliás, é apenas uma questão de esperar que as baterias de estado sólido se tornem uma realidade. Combinando estas grandes inovações, iremos ter um salto quântico em relação aos carros elétricos. Em todos os aspetos.