Fonte: cosmosmagazine.com
Diferentes estágios da fabricação de pirâmide de vidro de índice classificado: quando em contato óptico com uma célula solar, a pirâmide no passo final (canto inferior direito) absorve e concentra a maior parte da luz incidente e parece escura. Crédito: Nina Vaidya
Os painéis solares desempenharão um papel importante na produção futura de energia sustentável, mas funcionam melhor quando a luz solar os atinge diretamente. Isso pode ser um problema quando a luz solar é difundida pela cobertura de nuvens ou à medida que o sol passa por cima ao longo do dia.
Muitas matrizes solares giram ativamente em direção ao sol para capturar o máximo de energia possível. Isso os torna mais caros e complicados de construir e manter do que aqueles que permanecem parados.
Mas movendo-sepainéis solarespode não ser necessário no futuro, porque um pesquisador de engenharia projetou um dispositivo que pode capturar 90% da luz que cai sobre ela – independentemente de seu ângulo ou frequência – e en concentrar-se para ser três vezes mais brilhante.
Oinvestigaçãofoi publicado na Microsystems & Nanoengineering.
"É um sistema completamente passivo – não precisa de energia para rastrear a fonte ou ter nenhuma parte móvel", diz a primeira autora, Dra Nina Vaidya, que concluiu a pesquisa como estudante de doutorado na Universidade de Standford, nos EUA, e agora é professora assistente em engenharia de astronáutica e espaçonaves na Universidade de Southampton, no Reino Unido.
"Sem foco óptico que move posições ou necessidade de sistemas de rastreamento, a concentração de luz torna-se muito mais simples."
ÁGIL – Lente de índice axialicamente classificada
O dispositivo é chamado de AGILE, que significa lente de índice axially, e parece uma pirâmide de vidro de cabeça para baixo com o ponto cortado.
Ele funciona um pouco como um como umlupapode concentrar a luz solar em um ponto menor e mais brilhante em um dia ensolarado. Mas o ponto focal de uma lupa se move como o sol, o que não é útil quando você quer concentrar a luz solar em uma área específica de uma célula fotovoltaica durante todo o dia.
Com o AGILE, a luz entra no topo largo e quadrado de todos os ângulos e é funnelled para baixo para se concentrar na mesma posição na parte inferior – criando um ponto mais brilhante na base estreita que fica em cima de uma célula fotovoltaica.
"Queríamos criar algo que leve à luz e o concentre na mesma posição, mesmo quando a fonte muda de direção", explica Vaidya. "Não queremos ter que continuar movendo nosso detector ou célula solar, ou movendo o sistema para enfrentar a fonte.
O autor sênior Olav Solgaard, professor de engenharia elétrica em Stanford e conselheiro de doutorado da Vaidya, diz: "Um AGILE ideal tem, na mesma frente dele, o mesmo índice de refração que o ar e gradualmente fica mais alto – a luz se dobra em uma curva perfeitamente lisa.
"Mas em uma situação prática, você não vai ter esse ÁGIL ideal."
Em vez disso, o protótipo AGILE é feito do que é conhecido como um material de índice de grau, que é composto por diferentes camadas de óculos e polímeros que dobram a luz em diferentes graus. Essas camadas alteram a direção da luz de entrada em etapas até que ela entre quase verticalmente em direção à saída.
Levando o AGILE da teoria para a realidade
Um dos maiores desafios na criação do protótipo AGILE foi encontrar e criar os materiais disponíveis comercialmente certos que pudessem deixar entrar um amplo espectro de luz, permitir que ele passasse e dobrá-lo cada vez mais em direção à saída – tudo isso enquanto é compatível uns com os outros.
Por exemplo, se um vidro se expandisse em resposta ao calor a uma taxa diferente da outra, todo o dispositivo poderia quebrar. Os materiais também precisavam ser robustos o suficiente para serem usinados em forma e permanecerem duráveis.
Os lados dos protótipos também são espelhados para saltar qualquer luz indo na direção errada de volta para a base.
Esses dispositivos AGILE podem ser instalados em uma camada em cima decélulas solares, substituindo o encapsulamento existente que protege as matrizes solares, e ainda criaria mais espaço para resfriamento e circuitos para funcionar entre as pirâmides estreitas dos dispositivos individuais.
"Para poder usar esses novos materiais, essas novas técnicas de fabricação e esse novo conceito AGILE para criar melhores concentradores solares tem sido muito gratificante", conclui Vaidya.
"A energia limpa abundante e acessível é uma parte vital para enfrentar os desafios urgentes do clima e da sustentabilidade, e precisamos catalisar soluções de engenharia para tornar isso realidade."
