Uma equipe de pesquisa baseada na Universidade de Nanjing, na China, desenvolveu um concentrador solar transparente, incolor e unidirecional compatível com as janelas existentes.
Os concentradores solares são projetados para convergir a energia solar para o lado do vidro arquitetônico. Úteis em sistemas fotovoltaicos integrados a edifícios, os concentradores solares existentes geralmente sofrem contratempos, incluindo baixa eficiência, coloração ou falta de compatibilidade com as janelas existentes.
O recém-desenvolvido concentrador solar do tipo difrativo (CUSC) da equipe de pesquisa utiliza multicamadas de cristal líquido colestérico (CLC) com periodicidades laterais submicrônicas para guiar seletivamente a luz solar em direção à borda da janela onde as células fotovoltaicas estão instaladas. A equipe fabricou os filmes CLC multicamadas por meio de técnicas de fotoalinhamento e polimerização, que são escaláveis por meio da fabricação rolo a rolo.
Em teste, o dispositivo CUSC manteve uma transmitância média visível de 64,2% e um índice de reprodução de cores de 91,3, permitindo a geração de energia sem alterar a aparência da janela.
“Ao projetar a estrutura dos filmes de cristal líquido colestérico, criamos um sistema que difrata seletivamente a luz polarizada circularmente, guiando-a para o guia de ondas de vidro em ângulos acentuados”, disse Dewei Zhang, co-autor da pesquisa. “Isso permite que até 38,1% da energia de luz verde incidente seja coletada na borda.”
O artigo de pesquisa “Colorless and Unidirectional Diffractive-type Solar Concentrators Compatible with Existing Windows“, disponível na revista PhotoniX, detalha como um protótipo de 1 polegada de diâmetro foi capaz de alimentar diretamente um ventilador de 10 mW sob a luz solar.
Modelagem adicional descobriu que uma janela CUSC típica de 2 metros de largura poderia concentrar a luz solar em 50 vezes, reduzindo o número de células fotovoltaicas necessárias em até 75%. O projeto também permaneceu estável sob exposição de longo prazo e foi considerado adequado para adaptação em janelas existentes, permitindo atualizações urbanas sustentáveis.
O professor Wei Hu comentou que o projeto do CUSC é um passo à frente na integração da tecnologia solar no ambiente construído sem sacrificar a estética. “Representa uma estratégia prática e escalável para redução de carbono e autossuficiência energética”, acrescentou Hu.
Na conclusão do trabalho de pesquisa, os autores escrevem que o projeto CUSC seria amplamente adotado em edifícios verdes, energia fotovoltaica agrícola e outras áreas emergentes. “Espera-se que contribua para um fornecimento global de energia verde em escala de terawatts e reduza as emissões anuais de carbono em bilhões de toneladas”, conclui o artigo.
A equipe de pesquisa diz que planeja concentrar o trabalho futuro no aumento da eficiência da banda larga, controle de polarização e adaptação da tecnologia para estufas agrícolas e displays solares transparentes.
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