Protótipo do dispositivo híbrido termofotovoltaico.
[Imagem: Paulius Baronas]

Energia solar e energia termossolar

Pesquisadores espanhóis construíram um dispositivo híbrido de gerador e bateria que combina, pela primeira vez, a geração de energia solar fotovoltaica baseada em células de silício com o armazenamento de energia solar térmica molecular.

Este é um caminho para solucionar uma das maiores deficiências da energia solar: A intermitência.

A energia solar fotovoltaica já é uma das fontes renováveis mais importantes para a produção de eletricidade, mas as redes não podem depender unicamente dela devido à geração intermitente e à demanda flutuante de energia. A solução é usar sistemas de armazenamento eficientes, para garantir a disponibilidade de energia quando a demanda aumenta ou quando o Sol se põe.

Contudo, essas tecnologias ainda não apresentam um desempenho ideal, principalmente devido ao aquecimento que sofrem, o que afeta a produção de energia e a durabilidade dos sistemas. Por outro lado, as tecnologias de armazenamento atuais, como as baterias, dependem de materiais não sustentáveis.

A intenção de Zhihang Wang e colegas da Universidade da Catalunha é desenvolver uma tecnologia para enfrentar ambas as questões. É o primeiro dispositivo híbrido que combina uma célula solar de silício com um sistema de armazenamento inovador, chamado MOST, sigla em inglês para "sistema de armazenamento de energia solar térmica molecular".

O protótipo atingiu uma eficiência recorde de armazenamento de energia de 2,3% e até 14,9% de utilização total da energia solar, incluindo os espectros visível e termal.

Esquema mostrando o chip microfluídico contendo o sistema de armazenamento de energia solar térmica molecular (MOST) e as células solares fotovoltaicas de silício. O rendimento foi superior ao esperado nos testes em laboratório.
[Imagem: Zhihang Wang et al. - 10.1016/j.joule.2024.06.012]

Gerador que armazena energia

O dispositivo MOST consiste em moléculas orgânicas que, quando irradiadas com fótons de alta energia, como luz ultravioleta, passam por uma transformação química e armazenam essa energia para uso posterior.

Uma característica particular do sistema é que essas moléculas também fornecem resfriamento à célula fotovoltaica, que usa os fótons de energia mais baixa para produzir eletricidade, funcionando como um filtro óptico e bloqueando fótons que normalmente causariam aquecimento e reduziriam a eficiência do sistema fotovoltaico.

Dessa forma, o dispositivo termofotovoltaico permite tanto a geração de eletricidade quanto o armazenamento de energia química.

O protótipo apresentou uma eficiência energética surpreendentemente boa para uma primeira versão. Testes experimentais atingiram uma eficiência recorde de armazenamento de 2,3% para energia solar térmica molecular. A integração do sistema híbrido também reduziu a temperatura da célula fotovoltaica em até 8 °C, reduzindo as perdas devido ao calor e aumentando a eficiência da célula solar em 12,6%. O dispositivo combinado opera com uma eficiência de utilização solar de até 14,9%, o que representa uma melhoria em relação aos dois sistemas solares operando de modo independente.