Redução das temperaturas do módulo fotovoltaico com grafeno

Da pv magazine Global

Cientistas da Universidade Monash, na Malásia, analisaram como o grafeno e os derivados do grafeno poderiam ser usados como materiais para reduzir a temperatura de operação dos painéis solares.

Em uma revisão aprofundada publicada na Renewable and Sustainable Energy Reviews, os pesquisadores explicaram que o grafeno tem atraído o interesse da comunidade científica como um meio para melhorar as transferências de calor em sistemas de resfriamento desde 2004.

Quando usado para aplicações de resfriamento fotovoltaico, o grafeno pode ser usado de diferentes maneiras. Por exemplo, ele pode ser usado como um revestimento absorvedor seletivo ou incorporá-lo em um fluido de trabalho como um nanofluido. As nanopartículas de grafeno também podem ser adicionadas a materiais de interface térmica (TIMs) ou materiais de mudança de fase (PCMs) usados para resfriamento de módulos solares.

O grupo dividiu todas as tecnologias de grafeno aplicadas à energia fotovoltaica em duas categorias – resfriamento passivo e ativo.

A primeira categoria foi dividida em técnicas de pré-iluminação e pós-iluminação. O segundo envolve todos os métodos que usam um receptor de calor para dissipar o calor gerado a partir das células solares, enquanto o primeiro inclui todas as abordagens que decompõem o espectro solar antes que ele atinja as células fotovoltaicas.

A categoria de pré-iluminação é representada por todos os tipos de filtros de densidade neutra revestidos com grafeno (GCND) usados como revestimento absorvedor seletivo.

“A aplicação do filtro GCND como uma técnica de resfriamento passivo de pré-iluminação é altamente vantajosa, particularmente em sistemas de resfriamento de CPV”, disseram os acadêmicos. “Essa técnica de resfriamento pré-iluminação atenua a radiação solar antes que ela chegue ao painel fotovoltaico, reduzindo assim a quantidade de calor gerado no painel fotovoltaico.”

Eles também recomendaram o uso de filtros GCND apenas para aplicações domésticas de pequena escala, devido aos seus altos custos.

“Em vez de revestir o grafeno em todo o substrato, focar o revestimento de grafeno especificamente na área do ponto focal poderia contribuir para reduzir os custos de revestimento”, acrescentaram.

Quanto à categoria pós-iluminação, a lista inclui o uso de grafeno como preenchedor termicamente condutor em TIMs e PCMs.

“Embora tanto a TIM quanto a PCM apresentem vantagens e desvantagens próprias, não há uma resposta universal se a TIM ou PCM no resfriamento passivo de painéis fotovoltaicos é melhor”, disse o grupo.

A categoria de resfriamento ativo inclui todas as técnicas baseadas em nanofluidos de grafeno configurados como fluidos de trabalho. Essas técnicas, como todos os métodos de resfriamento ativo, exigem a construção de bombas e tubos para circular o nanofluido ao redor dos módulos, o que, segundo os cientistas, aumenta significativamente os custos de produção.

“O desafio do uso do nanofluido de grafeno é o processo de fabricação caro e complexo, que impede que o nanofluido de grafeno seja adotado na prática comum da indústria”, disseram os pesquisadores.

O grupo reconheceu que mais pesquisas serão necessárias para reduzir custos e melhorar a eficiência do resfriamento. Os pesquisadores também disseram que sintetizar nanofluido de grafeno e hibridizar nanofluidos de grafeno e PCMs aprimorados com grafeno são os principais desafios técnicos a serem superados.