Absorvedor solar capta toda a energia do Sol e transforma em calor

Redação do Site Inovação Tecnológica 

O absorvedor solar seletivo (SSA) é preto e, portanto, absorve a luz solar (fotografia à esquerda). No entanto, para a radiação térmica, ele se comporta como um espelho metálico não emissor (refletindo o céu azul escuro, como mostrado no termógrafo à direita) e evita que a energia solar absorvida seja irradiada e perdida.[Imagem: Jyotirmoy Mandal/Yuan Yang/Columbia Engineering]

Tipos de energia solar

Quando se fala em energia solar, a primeira imagem que nos vem à mente é um painel solar azulado geralmente instalado nos telhados.

Esta é a energia solar fotovoltaica, que usa células solares para gerar eletricidade diretamente. Mas existem outras técnicas, como a fotossíntese artificial, que gera combustíveis líquidos, a energia termossolar, que produz vapor como as usinas nucleares e termoelétricas, só que sem os riscos e a poluição, e também as células fotoeletroquímicas, que podem produzir uma variedade de combustíveis, mas principalmente o hidrogênio.

Outra técnica bem menos conhecida, similar à termossolar, usa um tipo de material de alta eficiência conhecido como absorvedor solar seletivo (SSA: Selective Solar Absorber), que é capaz de absorver a energia do espectro solar inteiro - do calor propriamente dito, ou infravermelho, até a luz visível - e converter essa energia em calor com uma eficiência muito elevada.

O problema é que todos os SSAs conhecidos até agora são de difícil fabricação e, portanto, muito caros.

A solução para esse "inconveniente" veio agora pelas mãos de Jyotirmoy Mandal, da Universidade de Colúmbia, nos EUA, que desenvolveu um processo no qual o absorvedor solar seletivo é fabricado por imersão de uma chapa em uma solução de nanopartículas.

Além de ser rápido e barato, o método produz um material no qual a dispersão das nanopartículas garante a eficiência ao longo de todo o dia, independentemente do ângulo de incidência dos raios do Sol - ou seja, não será necessário construir mecanismos para ficar reposicionando os painéis ao longo do dia.

Absorvedores solares seletivos

Os absorvedores solares seletivos são ideais para a conversão termossolar porque apresentam propriedades ópticas contrastantes para a radiação óptica e para a radiação termal.

Fabricar o SSA é simples assim. [Imagem: Jyotirmoy Mandal/Yuan Yang/Columbia Engineering]

Eles são altamente absorvedores de todas as cores da luz solar (do UV, passando pelo visível, até o infravermelho próximo), o que significa que absorvem quase toda a radiação e ficam muito quentes. No entanto, ao contrário das superfícies pretas comuns, eles são metálicos, ou seja, não emissivos, quando se trata da radiação térmica. O calor, portanto, não é perdido por irradiação e pode ser usado, por exemplo, para aquecer água e gerar vapor para uma usina termoelétrica.

Os SSAs já existentes são fabricados usando processos sofisticados, com grande consumo de energia e usando agentes químicos perigosos.

Isso torna o processo de imersão e secagem uma opção atrativa e muito barata, consistindo em se mergulhar chapas recobertas com zinco em uma solução contendo íons de cobre. As nanopartículas de cobre, absorvedoras da luz solar, depositam-se facilmente sobre a superfície de zinco por uma reação de deslocamento galvânico.

"A beleza deste processo é que ele pode ser feito de forma muito simples," afirmou Mandal. "Nós só precisamos de tiras de metais, tesouras para cortar as tiras, uma solução de sal em um béquer e um cronômetro para monitorar o processo de imersão".

Os SSAs produzidos mostraram uma absorção solar significativamente maior do que os atuais em todos os ângulos, de 97% de absorção com o Sol ao meio-dia, até 80% quando ele está próximo ao horizonte.

Bibliografia:

Scalable, "Dip-and-Dry" Fabrication of a Wide-Angle Plasmonic Selective Absorber for High-Efficiency Solar-Thermal Energy Conversion
Jyotirmoy Mandal, Derek Wang, Adam C. Overvig, Norman N. Shi, Daniel Paley, Amirali Zangiabadi, Qian Cheng, Katayun Barmak, Nanfang Yu, Yuan Yang
Advanced Materials
DOI: 10.1002/adma.201702156