Hanergy envolve 460 kW de CIGS em torno do arranha-céu chinês

A tecnologia de película fina de seleneto de cobre e índio gálio está em ação à medida que a eficiência de conversão se aproxima da do silício cristalino. A tecnologia pode ser perfeitamente integrada em fachadas de edifícios comerciais que, de outra forma, seriam intensivos em energia. O potencial é enorme, mesmo se a eficiência de conversão mantiver algumas limitações.

A fachada do edifício coberto por módulos HanWall. Imagem: Hanergy

A Hanergy, fabricante do módulo CIGS de películas finas, disse que aplicou a sua fachada PV (BIPV) integrada em edifícios HanWall a um arranha-céu na cidade de Nanchang, na província chinesa de Jiangxi.

A empresa disse que anexou 4.600 módulos de filme fino da Oerlikon ao exterior do edifício China Pharmaceutical International Innovation Park, cobrindo 6.000 m². Com cada módulo com uma potência nominal de 100 W, a instalação tem uma capacidade de geração de 460 kW.

De acordo com a Hanergy, a instalação irá alimentar a eletricidade diretamente para o edifício, alimentando a iluminação interna, ventilação e ar condicionado. Como resultado, a demanda da rede do prédio será “substancialmente insignificante”.

"O projeto atual está alinhado com a nossa iniciativa Nova Cidade Ecológica, que tem como principal objetivo introduzir a ideia de eco-construção na arena pública", disse o vice-presidente sênior da Hanergy, Zhang Bin.

Potencial

Com mais países visando economias neutras em carbono líquido nos próximos 20-30 anos, o setor de construção, em particular, tem que reduzir sua pegada ecológica em 90%.

Um relatório da Plataforma Europeia de Tecnologia e Inovação para a Energia Fotovoltaica descobriu que sistemas fotovoltaicos integrados a edifícios, como o instalado pela Hanergy, poderiam constituir um mercado de 5 GW até 2030 nos países membros pós-Brexit da UE, Noruega e Suíça.

Embora o potencial não corresponda ao de instalações de telhado "regulares", a ascensão do BIPV pode ser inevitável, já que arranha-céus e prédios comerciais no centro da cidade são altamente intensivos em energia. O revestimento das fachadas de tais estruturas com filme fino pode oferecer uma opção econômica para atender a demanda de energia que geralmente coincide com as horas do dia.

Menor pegada de carbono

Os módulos de película fina de selênio de cobre e índio gálio (CIGS) tornaram-se razoavelmente competitivos em termos de eficiência de conversão, com um recorde mundial recente de 21,2% alcançado pelo fabricante chinês Hanergy . Diz-se que a tecnologia também provoca menos emissões de dióxido de carbono durante a produção do que os rivais cristalinos convencionais. O CIGS tem uma pegada de 12-20g de CO 2 equivalente por kilowatt-hora de capacidade de geração comparado a 50-60g para módulos de silício cristalino e 700g-1kg para capacidade de geração baseada em combustível fóssil.

No entanto, poucos analistas parecem ter considerado a relutância dos arquitetos em trabalhar com módulos de fachadas de filme fino. O mercado manteve-se relativamente pequeno, apesar das suas aparentes vantagens.

Em dezembro, a Hanergy garantiu um contrato com a Environmental Technology Solutions na Austrália para fornecer 4,3 MW de seus módulos CIGS pretos sem moldura para “projetos comerciais de alto padrão”. O acordo marcou a primeira ocasião em que a Hanergy comercializou com sucesso seus módulos HanWall fora da China.

A Trina Solar inicia a produção em massa do módulo de vidro vidro bifacial de 425 W

O fabricante de PV chinês usa meia célula TOPCon para os módulos. O rendimento adicional do lado traseiro é estimado pela Trina em 5-30%.

Trina trouxe células TOPCon bifaciais para produção em massa. Imagem: Trina Solar

A Trina Solar iniciou a produção em massa do módulo que apresentou na Intersolar Europe, em Munique, e na feira SNEC de Xangai .

Oferecendo alta eficiência, bem como uma mistura desajeitada de inicialismos, o bifac de vidro i-TOPCon tipo n tem uma saída de 425 watts na parte frontal, resultando em uma eficiência de 20,7%, de acordo com o fabricante.

O produto consiste em uma combinação de meia célula do tipo n com tecnologia multi-barramento e meia-célula monocristalina retangular , de dupla face, que atingirá a bifacialidade de mais de 80%, de acordo com Trina. A vantagem de rendimento adicional na parte de trás é de 5-30% e Trina disse que os módulos altamente eficientes têm um baixo coeficiente de temperatura e sofrerão baixa degradação induzida pela luz. O fabricante chinês deu uma garantia de desempenho linear de 30 anos no produto.

Uma eficiência laboratorial recorde de 25,8% para células TOPCon de face única desenvolvidas pelo Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energia Solar tem impulsionado o desenvolvimento da tecnologia internacionalmente. Trina começou a trabalhar em células TOPCon bifaciais para produção em massa em seu laboratório de pesquisa em 2015 e este ano alcançou uma eficiência média de mais de 23% para as células. As células i-TOPCon da Trina tinham um emissor de boro na frente e contato passivado cobrindo toda a superfície traseira. A tecnologia foi então transferida para a produção em série em Changzhou.

A Trina anunciou recentemente um novo recorde de eficiência de 24,58% para as células, um número confirmado independentemente pelo instituto de pesquisa ISFH CalTec.

Painéis solares fotovoltaicos para janelas e varandas serão moda

O desenvolvimento dos painéis solares tem sido enorme. Cada vez mais os fabricantes procuram soluções que vão de encontro aos clientes, soluções que sejam facilmente integrados durante a construção de uma casa, como por exemplo numa varanda ou numa janela.

Painéis solares substituem varandas, janelas e toldos

Recentemente o desenvolvimento das tecnologias de painéis solares, permitiu a criação de sistemas fotovoltaicos transparentes. Estes permitem a integração dos painéis solares fotovoltaicos dentro do vidro da janela.

Para já, ainda é uma tecnologia em desenvolvimento, que está a ser levada a cabo por investigadores americanos. O objetivo passa por criar a típica transparência de um vidro, e ao mesmo tempo aproveitar a energia solar e transformá-la em energia elétrica.

Tipos de sistemas solares fotovoltaicos transparentes

Há ainda que fazer uma distinção entre a fotovoltaica transparente de gel de silício, fotovoltaica transparente de base orgânica e fotovoltaica transparente de grafeno.

Sistema fotovoltaico transparente de gel de silício

Semicondutor que explora a propriedades do silício. Os fotões, que compõem os raios solares, atingem os átomos de silício presentes no gel, provocando energia cinética (é como um impulso que gera movimento e este se transforma em energia elétrica dentro da estrutura cristalina do silício, que atua como semicondutor).

É aplicado entre o vidro duplo, através de uma injeção do gel no espaço do vidro duplo, mas se for num vidro simples, este é pulverizado.

Sistema fotovoltaico transparente de base orgânica

Determinados tipos de polímeros. As novas células solares consistem em dois elétrodos no meio dos quais se coloca uma camada de semicondutor orgânico.

Este tem a função de absorver a energia solar incidente e gerar eletrões, quando estes são recolhidos pelos elétrodos é produzida a corrente elétrica.

Sistema fotovoltaico transparente de grafeno

O grafeno é composto por uma única camada de átomos de carbono, e devido a ser transparente, não bloqueia a absorção de luz solar. Mas este não adere à base da célula, como tal, ainda há investigadores a tentar modificar a superfície que é impura.

Painéis Solares para varandas e janelas

Aplicações dos painéis fotovoltaicos

Se até agora apenas se falava da aplicação da tecnologia solar fotovoltaica transparente às janelas, como forma de aumentar as vendas, e não alterar a estética das casas, na Suécia já há mais aplicações, em varandas, janelas e toldos.

Com estas novas aplicações, toda a fachada exterior de uma casa pode produzir eletricidade.

Painel solar: conheça as tecnologias que ajudam a preservar o meio ambiente

Energia fotovoltaica gerada a partir do painel solar tem a mesma função da energia elétrica.

O painel solar é uma fonte alternativa para geração de energia, ele é o principal componente para se criar uma energia limpa gerada de uma forma muito simples e gratuita, utilizando apenas a luz do sol.

Cientificamente falando, as células do painel solar são atingidas pela luz do sol, fazendo com que os elétrons dentro da célula se movimentam gerando uma corrente elétrica e fazendo com que as células se tornem fotovoltaicas. Essa energia fotovoltaica gerada a partir do painel solar tem a mesma função da energia elétrica, como por exemplo, acender as luzes dentro de casa e ligar eletrodomésticos.

A energia solar é uma fonte de energia limpa, ou seja, não gera nenhum tipo de resíduo ou gases poluentes que causam o aquecimento global ou o efeito estufa. Além disso, a energia solar pode ser considerada também uma fonte de energia renovável, pois para ela ser gerada utiliza-se de um recurso ilimitado, a luz do sol.

Além de ajudar o planeta por ser ecologicamente correta, a energia solar por meio dos painéis solares pode ajudar também o seu bolso, economizando de 50% a 95% na conta de luz. Ou seja, ao instalar o sistema de painéis solares, após alguns anos, ou até meses, o investimento feito na aquisição e na instalação acaba sendo pago pelo dinheiro que é economizado com a redução de gasto com energia elétrica. Além disso, um painel solar pode durar de 25 a 50 anos em média, fazendo com que um futuro sem poluição também resulte em economia para você.

Existem várias tecnologias que viabilizam a utilização de energia solar, dentre elas temos:

Vidros fotovoltaicos: São como painéis solares, mas com a aparência de vidros simples. Para isso, são instaladas pequenas lâminas de células fotovoltaicas de silício em vidros laminados ou duplos. Fazendo assim com que sejam facilmente instalados em fachadas de prédios e nas coberturas.

Telha solar: São painéis solares encapsulado dentro de um formato de telha comum. Hoje, ainda é perceptível a diferença entre um telhado tradicional e um telhado feito com telha solar, porém o intuito é aprimorar essa tecnologia para não ser mais possível discernir a diferença.

OPV: São painéis solares flexíveis, ou seja, é um filme plástico onde são impressas as células fotovoltaicas feitas de tinta à base de carbono, transformando a luz do sol em energia elétrica. A grande vantagem dessa tecnologia é por eles serem flexíveis e moldáveis, há uma variedade de possibilidades para a aplicação desses painéis, podendo ser aplicados em qualquer lugar, como em cima do carro, no guarda-sol na praia, na fachada dos prédios e etc.

Painel solar híbrido: Essa tecnologia além de ter a vantagem tradicional de um painel solar, pode também aquecer a água por meio da conversão fotovoltaica. Ou seja, pode conceder uma grande vantagem, em média 30% mais economia do que os painéis solares tradicionais.

A energia solar e a utilização de painéis solares vem crescendo muito por motivos econômicos e sustentáveis, e é esperado que em um futuro próximo essas tecnologias citadas tornem-se mais populares e atinjam grande escala comercial. Esperamos que sim, afinal nosso planeta agradecerá muito!

Fonte: JRS

Teto solar inteligente produz energia para refrescar veículos enquanto estacionado

Entrar no carro depois de horas que o veículo está estacionado no sol em um dia quente é praticamente insuportável, não é? Pensando em minimizar esta questão, a empresa Webasto, que produz tetos solares, panorâmicos e conversíveis, desenvolveu sistemas com células solares integradas ao vidro do teto, que convertem a energia da radiação solar em energia elétrica.

A energia gerada permite o acionamento automático do sistema de ventilação elétrica enquanto o veículo está parado, diminuindo assim o calor extremo e refrescando o interior do carro em até 20°C. Se a temperatura interna for de 50°C, por exemplo, pode chegar a 30°C com este sistema.

“Um interior não tão quente evita que os motoristas liguem o ar-condicionado no nível máximo para resfriar o ambiente assim que entram no veículo, reduzindo consideravelmente o consumo de combustível e, consequentemente, a emissão de CO₂”, disse a empresa em nota.

Essa redução na emissão de CO₂ na atmosfera é um dos principais desafios da indústria automotiva e um dos mais importantes do mundo. Capturar energia solar por meio de células solares integradas no teto é uma saída.

A empresa desenvolve ainda projetos para aumentar a eficácia das células solares e gerar energia suficiente para carregar a bateria do veículo. Isso também alivia o alternador – responsável por produzir a energia necessária para os equipamentos elétricos do carro como, por exemplo, dar a partida.

Dessa forma, em veículos equipados com células solares no teto com capacidade para carregar baterias, o motor de combustão interna pode, em média, reduzir a emissão de CO₂ em até 2,3 g/km, dependendo do combustível.

O sonho de janelas coletoras de energia está um passo mais perto da realidade.

Pesquisadores da Universidade de Minnesota e da Universidade de Milão-Bicocldas estão trazendo o sonho de um possível índice etiológico de energia solar em um movimento mais próximo à realidade graças a nanopartículas de silício de alta tecnologia.

Os pesquisadores desenvolveram tecnologia para incorporar as nanopartículas de silício no que eles chamam de concentradores solares luminescentes (LSCs) eficientes. Essas LSCs são o elemento-chave das janelas que podem coletar eficientemente a energia solar. Quando a luz brilha através da superfície, as freqüências úteis de luz são presas dentro e concentradas nas bordas onde pequenas células solares podem ser colocadas no local para capturar a energia.

A pesquisa é publicada hoje na Nature Photonics ( "Concentradores solares luminescentes altamente eficientes baseados em pontos quânticos de silício bandgap indiretos abundantes na Terra" ).

Embora a maior parte da luz concentrada na borda do concentrador solar luminescente à base de silício seja realmente invisível, podemos ver melhor o efeito de concentração a olho nu quando a placa é iluminada por uma “luz negra” que é composta principalmente por comprimentos de onda ultravioleta. - Imagem: Uwe Kortshagen, Universidade de Minnesota

Janelas que coletam energia solar, chamadas de janelas fotovoltaicas, são a próxima fronteira em tecnologias de energia renovável, pois têm o potencial de aumentar largamente a superfície de edifícios adequados à geração de energia sem afetar sua estética - um aspecto crucial, especialmente em áreas metropolitanas. Janelas fotovoltaicas baseadas em LSC não exigem que qualquer estrutura volumosa seja aplicada em sua superfície e, uma vez que as células fotovoltaicas estão escondidas na moldura da janela, elas se misturam de forma invisível no ambiente construído.

A ideia de concentradores solares e células solares integrados ao design de edifícios existe há décadas, mas este estudo incluiu uma diferença fundamental - as nanopartículas de silício. Até recentemente, os melhores resultados foram obtidos usando nanoestruturas relativamente complexas baseadas em elementos potencialmente tóxicos, como o cádmio ou o chumbo, ou em substâncias raras como o índio, que já é amplamente utilizado para outras tecnologias. O silício é abundante no meio ambiente e não tóxico. Também funciona de forma mais eficiente, absorvendo a luz em diferentes comprimentos de onda do que emite. No entanto, o silício, na sua forma granel convencional, não emite luz ou luminescência.

"Em nosso laboratório, nós 'enganamos' a natureza, esquivando a dimensão dos cristais de silício a alguns nanômetros, ou seja, cerca de um décimo de milésimo do diâmetro do cabelo humano", disse Uwe Kortshagen, professor de engenharia mecânica da Universidade de Minnesota. processo de criação de nanopartículas de silício e um dos principais autores do estudo. “Nesse tamanho, as propriedades do silício mudam e ele se torna um eficiente emissor de luz, com a importante propriedade de não reabsorver sua própria luminescência. Essa é a principal característica que torna as nanopartículas de silício idealmente adequadas para aplicações de LSC ”.

O uso das nanopartículas de silício abriu muitas novas possibilidades para a equipe de pesquisa.

"Nos últimos anos, a tecnologia LSC experimentou aceleração rápida, graças também aos estudos pioneiros realizados na Itália, mas encontrar materiais adequados para a colheita e concentração de luz solar ainda era um desafio aberto", disse Sergio Brovelli, professor de física da Universidade. de Milano-Bicocca, co-autor do estudo, e co-fundador da empresa spin-off Glass to Power que está industrializando LSCs para janelas fotovoltaicas “Agora, é possível substituir esses elementos por nanopartículas de silício.”

Pesquisadores dizem que as características ópticas das nanopartículas de silício e sua compatibilidade quase perfeita com o processo industrial para a produção de polímeros LSCs criam um caminho claro para a criação de janelas fotovoltaicas eficientes que podem capturar mais de 5% da energia solar a custos baixos sem precedentes.

“Isso fará com que janelas fotovoltaicos baseados em LSC uma verdadeira tecnologia para o mercado fotovoltaico integrado de construção sem as limitações potenciais de outras classes de nanopartículas com base em materiais relativamente raros”, disse Francesco Meinardi, professor de física na Universidade de Milano-Bicocca e um dos primeiros autores do artigo.

As nanopartículas de silício são produzidas em um processo de alta tecnologia usando um reator de plasma e transformadas em pó.

"Cada partícula é composta de menos de dois mil átomos de silício", disse Samantha Ehrenberg, Ph.D. da Universidade de Minnesota. estudante e outro primeiro autor do estudo. "O pó é transformado em uma solução semelhante à tinta e depois incorporado em um polímero, seja formando uma folha de material plástico flexível ou revestindo uma superfície com uma película fina."

A Universidade de Minnesota inventou o processo de criação de nanopartículas de silício há cerca de doze anos e possui várias patentes sobre essa tecnologia. Em 2015, Kortshagen conheceu Brovelli, que é especialista em fabricação de LSC e já havia demonstrado várias abordagens bem-sucedidas para LSCs eficientes com base em outros sistemas de nanopartículas. O potencial das nanopartículas de silício para esta tecnologia foi imediatamente claro e a parceria nasceu. A Universidade de Minnesota produziu as partículas e os pesquisadores na Itália fabricaram as LSCs, incorporando-as em polímeros por meio de um método baseado na indústria, e funcionou.

"Esta foi realmente uma parceria em que reunimos os melhores pesquisadores em seus campos para tornar uma velha idéia verdadeiramente bem-sucedida", disse Kortshagen. “Tivemos a expertise em fabricar nanopartículas de silício e nossos parceiros em Milão tinham experiência na fabricação de concentradores luminescentes. Quando tudo aconteceu, sabíamos que tínhamos algo especial ”.

Universidade de Minnesota. Postado: 20 fev 2017.

A película de vidro flexível que produz cinco vezes mais energia solar do que as tecnologias atuais

Foto: solarwindow

Sediada na cidade de Burtonsville, nos Estados Unidos, a SolarWindow é pioneira em pesquisa e desenvolvimento em geração de energia elétrica em superfícies translúcidas. Sua atividade principal trata da aplicação de resinas líquidas sobre vidros e painéis, que posteriormente se solidificam e formam uma camada geradora de energia solar com eficiência cinco vezes maior que tecnologias atuais.

A empresa anunciou seus planos de expansão no setor de geração de energia limpa: cientistas aplicaram camadas de resina líquida em vidros flexíveis de tecnologia Corning Willow e laminaram em condições de alta pressão e temperatura, como nos processos industriais. O resultado? Foi criada a primeira película de vidro flexível, com espessura de um cartão de crédito, produtora de eletricidade a partir de luz solar.

Com esta nova descoberta, torna-se tangível e muito mais prática a utilização desta tecnologia em nossa realidade. A variedade de aplicações do produto é extensa: estas películas podem revestir vidros de arranha-céus, tornando prédios inteiros em geradores de energia, ajudando a reduzir as emissões de carbono na região. E mais: podem cobrir quaisquer superfícies de carros, caminhões, ônibus, aviões e barcos para gerar energia elétrica operacional.

Meios para comercialização do produto estão sendo amplamente estudados. Uma vez que, além da aplicação ser prática, a manufatura é muito rápida: os vidros são feitos em bobinas superiores a 400 metros quadrados, maximizando o volume de produção e reduzindo custos. Como último atrativo, testes e estimativas indicam que este investimento tem prazo de retorno de 1 ano, considerado interessante se comparado a tempos convencionais de 10 anos ou mais.

Fonte: The Greenest Post

Novo tipo de vidro flexível é capaz de gerar energia limpa

SolarWindow está inovando mais uma vez e agora, a empresa criou um novo tipo de vidro flexível capaz de gerar energia limpa. A empresa criou um vidro super fino e dobrável que, se aplicado a arranha-céus, carros ou mesmo aviões, poderia transformar totalmente a forma de como produzimos ou colhemos energia solar.

Este vidro revolucionário, foi criado através da aplicação de camadas de um líquido chamado Corning Willow Glass no produto, simulando as temperaturas e as altas pressões que os produtores comerciais utilizam quando fabricam vidro rígido antigo. Desta vez eles foram capazes de produzir o que eles chamam de um verniz que é muito fino, mas que pode gerar eletricidade.

O CEO da SolarWindow, John Conklin, disse em comunicado: “Juntamente com nossos revestimentos líquidos para vidro rígido da SolarWindow, estamos entusiasmados em expandir nossas capacidades com novas formas de gerar eletricidade limpa em quase todas as superfícies imagináveis ​​usando o Corning Willow Glass flexível. Como líderes do setor, estamos estabelecendo uma visão clara para o futuro com esta nova e inovadora tecnologia“.

A visão da empresa para o vidro é remodelar toda vidraça de arranha-céus para “geradores de energia verticais”, permitindo que os edifícios possam gerar energia renovável apenas por ficar ao sol. Mas não são apenas os edifícios que podem se beneficiar de seu novo vidro; Como é dobrável e flexível, o vidro pode ser aplicado a carros, barcos, caminhões, ônibus ou aviões.

O produto ainda não está pronto para o mercado, mas esse é o objetivo final. Eles estão desenvolvendo seus produtos sob um Acordo de Pesquisa e Desenvolvimento Cooperativo (CRADA) com o Laboratório Nacional de Energia Renovável do governo dos Estados Unidos, e dizem que o principal objetivo do CRADA é a comercialização. Quando o vidro estiver finalmente pronto, pode ajudar radicalmente empresas e famílias a reduzir sua pegada de carbono.

Nova “janela inteligente” pode filtrar seletivamente luz e calor

Pesquisadores da Universidade do Texas, desenvolveram um tipo de “filtro” capaz de bloquear a luz e o calor que passa através do vidro de uma janela. Chamado “material eletrocrômico de banda dupla”, a invenção utiliza nanocristais para bloquear a passagem de luz visível até 80% e até 90% de luz infravermelha (que transporta a maior parte do calor).

“Banda dupla” refere-se a dois tipos de nanocristais presentes no material, que reduz a passagem da luz visível e uma outra que faz o mesmo com raios infravermelhos. “Eletrocrômico” significa que você pode alternar entre o modo de bloqueio de luz ou calor ativando uma pequena corrente elétrica. Então, quando utilizado em climas frios, este material “inteligente” pode bloquear a entrada de luz – que às vezes é refletida pela neve, por exemplo – mas deixe no calor de um dia ensolarado.

Com estas janelas “inteligentes”, o consumo de eletricidade poderia ser drasticamente reduzido, porque, dependendo da localização, as pessoas poderiam desfrutar de mais horas de luz solar sem necessariamente enfrentar as altas temperaturas que vêm com ele.

Delia Miliron, um professor de engenharia química na Universidade do Texas em Austin, publicou um artigo no Journal of the American Chemical Society, que descreve todo o processo de criação do material, e menciona que ele já tem o potencial para ser comercializado.

Fonte da imagem: ACS Publications

Pode ser transformado em um adesivo e aplicada diretamente sobre o vidro de qualquer janela.

Com apenas um componente – dopado de nanocristais de óxido de titânio – seria possível mudar a “janela inteligente” de calor para o modo de luz de bloqueio com apenas uma corrente elétrica fraca em minutos.

Fonte: Journal of the American Chemical Society

Imagem: Shutterstock

Capte luz solar com sua janela

Um concentrador solar luminescente (CSL) é uma tecnologia emergente para captura de luz solar que apresenta potencial para modificar a maneira como pensamos a energia. Ele pode transformar qualquer janela em uma fonte de energia durante o dia. “Nestes dispositivos, uma fração da luz transmitida pela janela é absorvida por partículas nanométricas (quantum dots de semicondutores) dispersos no vidro da janela, reemitida na região do infravermelho – invisível aos olhos humanos – e direcionada à uma célula solar na beirada da janela”, explica Victor Klimov, pesquisador-responsável pelo projeto no Department of Energy do Los Alamos National Laboratory (EUA).

“Utilizando este modelo, uma janela quase totalmente transparente se torna um gerador elétrico, podendo gerar energia para um aparelho de ar condicionado, em um dia quente, ou para um aquecedor, em um dia frio”. Tudo isso é possível com estes novos dispositivos – os CSL com quantum dots – os quais foram apresentados no periódico Nature Nanotechnology.

O trabalho foi desenvolvido por pesquisadores do Center for Advanced Solar Photophysics (CASP) do Los Alamos, dirigido por Klimov e com coordenação científica de Sergio Brovelli e Francesco Meinardi do Department of Materials Science da University of Milan-Bicocca (UNIMIB) na Itália.

O concentrador solar luminescente pode transformar qualquer janela em uma fonte de energia durante o dia. - Créditos: Los Alamos National Laboratory

Em abril de 2014, utilizando um compósito especial contendo quantum dots, a colaboração ítalo-americana demonstrou o primeiro exemplo de um concentrador solar luminescente de elevada área, livre de perdas de luz por reabsorção pelas nanopartículas. Isto representou um avanço fundamental com relação à tecnologia anterior, a qual era baseada em emissores orgânicos que apenas permitia a construção de concentradores com a dimensão de poucos centímetros. 

Entretanto, os quantum dots utilizados no primeiro protótipo não eram apropriados para aplicações reais, uma vez eram baseados em cádmio – um metal pesado tóxico – e era apenas capaz de absorver uma pequena porção da luz solar. Tal situação acarretava numa eficiência de captura de luz limitada e uma intensa coloração amarelo/avermelhada dos concentradores, o que atrapalhava sua utilização em ambientes residenciais.

Klimov, diretor da CASP, explicou como o atual dispositivo solucionou o problema da cor: “Nossos novos dispositivos utilizam quantum dots com uma complexa composição, a qual inclui cobre (Cu), índio (In), selênio (Se) e enxofre (S). Esta composição é usualmente abreviada como CISeS. É importante também destacar que estas partículas não contém qualquer metal tóxico, os quais são tipicamente utilizados nos CSLs anteriores”.

“Além disso”, pontua Klimov, “os quantum dots CISeS fornecem uma cobertura uniforme de todo o espectro solar, o que gera uma tonalidade neutra na janela, sem introduzir qualquer distorção nas cores visíveis. Adicionalmente, sua emissão no infravermelho próximo é invisível ao olho humano e, ao mesmo tempo, idealmente adequada para a maioria das células solares baseadas em silício”.

Francesco Meinardi, professor de física na UNIMIB, descreveu este trabalho inovador, destacando: “para esta tecnologia deixar os laboratórios de pesquisa e alcançar seu potencial total em arquitetura sustentável, foi necessário desenvolver concentradores não-tóxicos capazes de capturar todo o espectro solar”. “Nós ainda devemos preservar a capacidade de transmitir a luminescência sem perdas por reabsorção, além de manter uma elevada eficiência fotovoltaica em dimensões compatíveis com as janelas reais. 

A questão estética também é fator de importância crucial de uma tecnologia em desenvolvimento”, disse Meinardi. Hunter McDaniel, ex-pesquisador de pós-doutorado do Los Alamos CASP e atualmente um empresário na área de quantum dots (fundador e presidente da empresa UbiQD), complementou: “com uma nova classe de quantum dots de CISeS de baixo custo e toxicidade, nós superamos alguns dos maiores obstáculos para o desenvolvimento comercial desta tecnologia”.

“Um dos problemas remanescentes é a diminuição dos custos, mesmo sendo este material significativamente mais viável para produção que os outros quantum dots utilizados nos CSL anteriores”, disse McDaniel. O ponto central deste trabalho é um procedimento comparado com o método industrial de revestimento utilizado para a fabricação de janelas poliméricas com elevada qualidade óptica. Isto envolve um novo protocolo da UNIMIB para o encapsulamento de quantum dots em uma matriz polimérica de elevada transparência e qualidade óptica. 

O polímero utilizado neste estudo é o polilaurilmetacrilato reticulado, que pertence à família dos polímeros acrílicos. Suas cadeias laterais longas previnem a aglomeração dos quantum dots e fornecem um ambiente químico “amigável”, similar à suspensão coloidal original. Isto permite preservar as propriedades de emissão de luz dos quantum dots mesmo quando encapsulados no polímero.

Sergio Brovelli, pesquisador responsável pela equipe italiana, conclui: “A tecnologia de janelas solares com quantum dots, a qual nós demonstramos a viabilidade somente há um ano atrás, agora se torna uma realidade que pode ser transferida para a indústria em um curto/médio prazo, nos permitindo converter não somente os telhados, como nós fazemos atualmente, mas todas as estruturas das construções urbanas, incluindo as janelas, em geradores de energia solar”. “Isto é especialmente importante em áreas urbanas densamente povoadas onde a superfície de telhados é muito pequena para coletar toda a energia necessária para as operações do edifício”, disse ele.

Segundo as estimativas das equipe a substituição dos vidros de um arranha-céu como o One World Trade Center em Nova Iorque, EUA (72 mil metros quadrados divididos em 12 mil janelas) com essa tecnologia, possibilitaria gerar energia suficiente para sustentar 350 apartamentos. “Além destes aspectos importantíssimos, também haveria um menor gasto de energia devido ao menor uso de aparelhos de ar condicionado graças ao efeito de filtro dos CSL, que permite diminuir o calor nos espaços internos provocado pela luz solar e, assim, permitir que esta tecnologia tenha potencial para termos cidades com “consumo zero” de energia, disse Brovelli.

Fonte: Los Alamos National Laboratory (Tradução - MBS).