Anti-células solares: A fotovoltaica que funciona à noite

Redação do Site Inovação Tecnológica

Uma célula solar ou fotovoltaica convencional (esquerda) absorve fótons da luz do Sol e gera uma corrente elétrica. Uma célula termorradiativa (direita) gera corrente elétrica ao irradiar luz infravermelha (calor) em direção ao frio do espaço.
[Imagem: Tristan Deppe/Jeremy Munday/UC Davis]

Fotovoltaica noturna

Os avanços no campo das células fotovoltaicas noturnas, que geram eletricidade à noite, e da refrigeração passiva, que viabilizou um ar-condicionado que manda o calor para o espaço, parecem ter atingido uma massa crítica.

Para Tristan Deppe e Jeremy Munday, especialistas da Universidade da Califórnia de Davis, nos EUA, não dá mais para tratar essa tecnologia como uma mera curiosidade: ela tem um potencial real para complementar a geração de energia solar, fechando o hiato da noite e criando usinas que geram eletricidade 24 horas por dia.

E eles ressaltam ainda o potencial da técnica para uma outra área: a reciclagem do calor. Uma célula termorradiativa pode gerar energia irradiando calor para seus arredores, o que tem sido usado em tentativas de reciclar o calor desperdiçado por motores e equipamentos industriais.

Deppe e Munday não apresentaram um avanço na área, eles rastrearam os resultados de todas as equipes ao redor do mundo que estão trabalhando com essa tecnologia para "discutir os princípios da energia fotovoltaica termorradiativa, os limites teóricos da aplicação desse conceito de acoplamento com o espaço profundo, o potencial das técnicas avançadas de resfriamento radiativo para melhorar seu desempenho e uma discussão dos limites práticos, escalabilidade e integrabilidade desse conceito fotovoltaico noturno".

As conclusões são promissoras.

Energia do céu

Segundo a dupla de especialistas, as células fotovoltaicas noturnas podem gerar até 54 watts por metro quadrado sob condições noturnas ideais. Isso equivale a um quarto do que um painel solar convencional gera sob condições ideais durante o dia, mas atualmente ele não gera nada à noite.

Ou seja, vale a pena não apenas investir nessa tecnologia, mas também trabalhar no desenvolvimento de melhores materiais, para aumentar a eficiência e gerar mais energia.

"Conforme aumenta o impulso global em direção à neutralidade do carbono, o Sol não é a única opção de geração de energia voltada para o céu. Os dispositivos fotovoltaicos termorradiativos oferecem a possibilidade de geração de energia durante toda a noite por acoplamento óptico com o frio do espaço profundo (ou a atmosfera fria).

"Esses dispositivos precisam de fortes absorção e emissão nos comprimentos de onda termais e condições claras e secas para facilitar a acesso óptico ao céu noturno. O espaço profundo oferece um incrível dissipador térmico de baixa temperatura, com potencial para ajudar a fornecer energia elétrica durante a noite e o dia através do uso inteligente da fotônica, da óptica e da ciência dos materiais," concluiu a dupla.

Várias equipes estão testando diferentes configurações para tirar o máximo proveito da fotovoltaica noturna.
[Imagem: Tristan Deppe/Jeremy Munday]

Como funcionam as células fotovoltaicas noturnas?

Conforme explica o professor Munday, um objeto que é quente em comparação com o ambiente ao redor irradia calor na forma de luz infravermelha; uma célula solar convencional é fria em comparação com o Sol, portanto absorve luz.

O espaço ao redor da Terra é muito, muito frio; portanto, se você tiver um objeto quente e apontá-lo para o céu, ele irradiará calor rumo ao espaço. E essa técnica - conhecida como refrigeração passiva - funciona porque a atmosfera terrestre é transparente para o espectro infravermelho.

Um outro tipo de dispositivo assemelhado, chamado célula termorradiativa, gera energia irradiando calor para seus arredores, o que tem sido usado em tentativas de reciclar o calor desperdiçado por motores e equipamentos industriais.

Bibliografia:

Artigo: Nighttime Photovoltaic Cells: Electrical Power Generation by Optically Coupling with Deep Space
Autores: Tristan Deppe, Jeremy N. Munday
Revista: ACS Photonics
Vol.: 7, 1, 1-9
DOI: 10.1021/acsphotonics.9b00679