As energias renováveis são de grande importância para um futuro em que os combustíveis fósseis serão escassos. São também uma ferramenta para combater o efeito estufa e o bom é que conseguimos potencializar os pontos fortes de cada área para extrair energia, seja através da água, do calor, do vento ou do Sol. Agora, o segredo é maximizar a eficiência de ferramentas de coleta.
E um grupo de pesquisadores chineses está trabalhando para explorar as capacidades dos painéis solares.
A febre pela energia solar. Que essa abordagem venha da China não é estranho. A China dominou durante anos a produção de painéis fotovoltaicos e, após a injeção de 130 bilhões de dólares pelo governo, sua indústria disparou as exportações. Na verdade, deixou os produtores norte-americanos e europeus fora do jogo. Embora, bem, os Estados Unidos e o Japão não tenham dito a última palavra.
Isso provocou uma queda nos preços e está permitindo que cada vez mais pessoas optem por instalações de painéis solares com o objetivo de reduzir sua dependência energética. Na Espanha estamos nesse caminho há anos, mas agora vemos casos como os dos alemães que colocam cercas de jardim com painéis solares (porque os de madeira são ainda mais caros) ou fazem pedidos para cobrir suas varandas.
Melhorar a eficiência. O financiamento da China para a pesquisa em tecnologia fotovoltaica estende-se às universidades e, na Faculdade de Química e Engenharia Química, bem como no Instituto de Tecnologia de Harbin, os pesquisadores estão desenvolvendo teorias para ajudar a utilizar melhor a luz solar. A equipe liderada por Guanying Chen está focada em painéis que, por meio de novas camadas, são capazes de registrar um maior alcance de radiação para gerar mais energia por placa.
Estima-se que o Sol irradie a Terra com 120.000 terawatts de energia, enquanto consumimos apenas 15 terawatts globalmente. Quanto maior for a capacidade de gerar eletricidade a partir da energia captada pelos painéis solares, mais independência teremos dos combustíveis fósseis. Atualmente, esses painéis são constituídos por células de silício (cristalino ou policristalino) e possuem conversão de energia de 18 a 22%. Para essas células solares de silício (ou CSSs), o máximo teórico é de 30% de acordo com os limites de Shockley-Queisser.
Captura de luz infravermelha e ultravioleta. Há 70% da energia irradiada para o dispositivo fotovoltaico que se perde, e é aí que entra este estudo. O que propõem é uma melhor forma de aproveitar a energia que chega às células fotovoltaicas graças à conversão ascendente dos fótons de um fósforo multifuncional que desenvolveram. Este é um processo no qual vários fótons infravermelhos abaixo do bandgap se combinam para formar fótons acima do bandgap. A eficiência máxima com este método chega a 50,69%.
Outro é o corte quântico, que é o processo inverso pelo qual um fóton de alta energia é dividido em dois ou mais fótons de energia mais baixa. Assim, um fóton ultravioleta pode produzir dois pares de elétrons buracos, melhorando a eficiência de conversão de energia em até 38,6%. Novamente, é algo que ultrapassa o limite de Shockley-Queisser.
Instalação simples. Algo interessante sobre essas propostas é que, segundo os pesquisadores, a aplicação dessa camada multifuncional de fósforo de conversão espectral não requer modificadores explícitos na estrutura dos painéis atuais, portanto, sistemas de conversão ascendente ou de corte quântico poderiam ser instalados de maneira simples nas placas para superar a falta de eficiência nos CSCs convencionais. Isso é algo que outros institutos chineses estão investigando, uma vez que este novo trabalho se baseia em descobertas anteriores sobre o fósforo multifuncional.
Há desafios pela frente. O próprio Chen pesquisa há anos a melhoria da eficiência das células solares e, embora esteja esperançoso com essa camada que permite o aproveitamento da energia ultravioleta e infravermelha, afirma que há desafios a serem superados. Um deles é colocar em prática a criação desse sistema para medir de forma experimental a eficiência dos processos de corte quântico e conversão ascendente, mas também devem escolher os melhores materiais para maximizar essa absorção de energia nos intervalos que atualmente não são aproveitados.
De qualquer forma, a equipe está convencida de que esses fósforos multifuncionais aumentarão a eficiência de conversão de energia em células solares de silício acima do limite de Shockley-Queisser. Se essa tecnologia for combinada com ideias como uma central fotovoltaica de 160 x 160 quilômetros de Elon Musk, a independência energética poderá ser alcançada para vários países.
Em Xataka | Surgiu um concorrente silencioso nas energias renováveis e está recebendo mais investimentos do que nunca: o gás natural