Sistema híbrido de energia integra fotovoltaica e resfriamento radiativo

Da pv magazine Global

Pesquisadores  da Universidade Penn State, nos Estados Unidos, fabricaram um protótipo de um sistema híbrido de energia que integra células solares para produção de energia e resfriamento radiativo para fins de resfriamento externo.

O resfriamento radiativo ocorre quando a superfície de um objeto absorve menos radiação da atmosfera e emite mais. Como resultado, a superfície perde calor e um efeito de resfriamento pode ser alcançado sem a necessidade de energia.

“A eletricidade fotovoltaica gerada no sistema duplo pode ser usada para armazenamento de energia ou ser convertida em corrente alternada usando um inversor”, disseram os cientistas. “O frio alcançada no resfriador radiativo transparente pode ser usado para resfriar ar ou líquido, que pode ser acionado por ventilador ou bomba, respectivamente, para fazer interface com sistemas térmicos para economia de energia.”

O sistema proposto alcança o resfriamento radiativo diurno subambiente simultâneo e a geração de eletricidade fotovoltaica a partir da mesma área. “À noite e durante o dia, o resfriador radiativo funciona como um ar-condicionado natural 24 horas por dia, sete dias por semana”, disse o principal autor da pesquisa, Pramit Ghosh. “Mesmo em um dia quente, o radiativo é frio ao toque.”

O sistema consiste em um resfriador radiativo de vidro transparente de baixo ferro que é capaz de transmitir 91% da luz solar, uma camada de infravermelho-opaco visivelmente transparente e uma célula fotovoltaica de contato traseiro interdigitalizada (IBC) de 125 mm × 125 mm fornecida pela fabricante norte-americana Maxeon. O resfriador radiativo não tem troca direta de calor radiativo com o dispositivo fotovoltaico.

Os cientistas testaram o sistema em um ambiente ao ar livre no Centro de Experiência de Sustentabilidade do Penn State Sustainability Institute e descobriram que ele poderia superar a economia de eletricidade de uma célula solar nua em até 30%. “Demonstramos resfriamento radiativo diurno subambiente simultâneo a 5,1 C de redução de temperatura sob irradiação solar de cerca de 1.000 W/m² e geração de energia solar de até 159,9 W/m2 a partir da mesma área”, explicaram. “Experimentalmente, alcançamos uma potência de resfriamento ambiente de 63,8 W/m2 sob pico de luz solar e potência de resfriamento ambiente de 87,0 W/m2 à noite.”

O grupo de pesquisa também assumiu que a energia gerada pela célula solar seria utilizada para alimentar um sistema de resfriamento com um coeficiente de desempenho (COP) 2.8, e descobriu que a potência de resfriamento do sistema híbrido seria cinco vezes maior do que a potência de resfriamento diurna alcançada em resfriadores radiativos solares convencionais.

“Nosso trabalho destaca a oportunidade significativa de colher simultaneamente o sol e o universo frio para energia renovável em um nível que pode exceder o desempenho de usar qualquer recurso sozinho”, concluiu.

O sistema foi descrito no estudo “Simultaneous subambient daytime radiative cooling and photovoltaic power generation from the same area“, que foi publicado recentemente na Cell Reports Physical Science.

O resfriamento radiativo foi recentemente aplicado ao resfriamento de painéis solares por pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah, da Arábia Saudita  (KAUST),  da Universidade Jiao Tong de Xangai,  na China, da Universidade de Purdue, nos Estados Unidos, do Instituto Catalão de Nanociência e Nanotecnologia e do Instituto de Ciência de Materiais, na Espanha, e do Instituto de Ciência de Materiais, da Espanha, da Universidade de Ciência e Tecnologia da Jordânia e Faculdade Australiana do Kuwait, entre outros.