Descoberto novo processo de conversão da energia solar

Pesquisadores da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, descobriram como usar simultaneamente a luz e o calor do Sol para gerar eletricidade.

A técnica tem o potencial para produzir energia solar com o dobro da eficiência dos métodos existentes, tornando-a barata o suficiente para competir com as termelétricas que queimam derivados de petróleo.

Emissão termiônica – Batizado de “emissão termiônica de fótons otimizada”, ou PETE (Photon Enhanced Thermionic Emission), o processo promete superar a eficiência tanto das atuais tecnologias de conversão fotovoltaica – os conhecidos painéis solares – quando das usinas termossolares – que usam o calor do Sol para aquecer líquidos que giram turbinas para gerar a eletricidade.

Ao contrário das células solares atualmente usadas nos painéis solares – que perdem eficiência quando a temperatura aumenta – o novo dispositivo se destaca justamente pelo bom funcionamento em altas temperaturas, o que permite seu funcionamento simultâneo no processo termossolar.

“Este é realmente um avanço conceitual, um novo processo de conversão de energia, não apenas um novo material ou uma variação levemente diferente,” disse Nick Melosh, que liderou o grupo de pesquisa. “É realmente algo fundamentalmente diferente de como você pode coletar energia.”

A célula solar PETE junta em um único componente o mecanismo quântico das células solares – os fótons excitam os elétrons – com o mecanismo termal – que usa a luz do Sol concentrada como fonte de energia termal para produzir eletricidade indiretamente por meio de um motor de calor.

O componente é baseado na emissão termiônica de elétrons fotoexcitados em um catodo semicondutor funcionando em alta temperatura.

Recentemente, cientistas do MIT também anunciaram a descoberta de uma nova forma de produzir eletricidade, usando nanotubos de carbono.

Conversão térmica com conversão fotovoltaica – A maioria das células solares usa o silício para converter a energia dos fótons da luz do Sol em eletricidade – o inconveniente é que essas células coletam apenas uma parte do espectro da luz, com o restante gerando apenas calor.

Se esta energia desperdiçada na forma de calor pudesse ser capturada, as células solares poderiam ser muito mais eficientes. O problema é que são necessárias altas temperaturas para fazer funcionar os sistemas baseados na conversão de energia térmica, e a eficiência da célula solar diminui rapidamente em altas temperaturas.

O que os pesquisadores fizeram agora foi encontrar uma maneira de casar a tecnologia da conversão térmica com as células solares.

O grupo de Melosh descobriu que revestir um material semicondutor com uma fina camada do metal de césio torna o material capaz de usar tanto a luz e quanto o calor para gerar eletricidade.

“O que nós demonstramos é um novo processo físico que não é baseado nos mecanismos fotovoltaicos conhecidos, mas que é capaz de dar uma resposta fotovoltaica sob temperaturas muito altas,” disse Melosh. “Na verdade, ele funciona melhor em temperaturas mais elevadas. Quanto mais alta a temperatura, melhor.”

Coletor fototermossolar – Enquanto a maioria das células solares de silício deixa de funcionar quando a temperatura atinge 100 graus Celsius, o dispositivo PETE não atingiu sua eficiência máxima até que a temperatura estivesse bem acima de 200 ºC.

Isto significa que um coletor PETE deverá funcionar melhor em coletores solares parabólicos, que podem chegar aos 800 ºC.

Melosh calcula que o processo PETE pode chegar a 50 por cento de eficiência ou mais usando concentradores solares. Se combinado com um ciclo de conversão térmica, pode chegar a 55 ou mesmo 60 por cento – quase triplicando a eficiência dos sistemas atuais.

Os pesquisadores usaram o semicondutor nitreto de gálio no seu protótipo. A eficiência ficou abaixo do previsto teoricamente, mas eles escolheram o nitreto de gálio porque era o único material disponível que tinha mostrado sinais de ser capaz de resistir às temperaturas elevadas nas quais eles estavam interessados.

Com o material adequado – provavelmente o arseneto de gálio – a eficiência real do processo pode chegar até a 50 ou 60 por cento. O próximo passo é testar esse e outros materiais candidatos para seu novo coletor fototermossolar.

(Fonte: Site Inovação Tecnológica)