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Futuros arranha-céus colherão energia do sol com janelas fotovoltaicas

A visão do escritório do Prof Ioannis Papakonstantinou do departamento de Eletrônica e Eng. Elétrica Faculdade de Ciências da Engenharia na University College London oferece uma grande perspectiva sobre uma oportunidade desperdiçada.

O apelo é bem claro. Essas janelas gerariam discretamente energia para o prédio, permitindo que seus ocupantes olhassem para a rua, desfrutassem de luz natural ou observassem nuvens passarem por cima.


Até 2020, 8,3 bilhões de metros quadrados de vidro plano serão instalados anualmente em novos edifícios em todo o mundo, segundo o Grupo Freedonia.


Essa área, coberta de painéis solares padrão na orientação ideal, poderia produzir mais que um terawatt na produção de pico, e em um ano poderia gerar cerca de 2.190 terawatts-hora.


Isso representa 9% do consumo anual de eletricidade do mundo.


A substituição dessa fonte de energia pelo carvão estaria economizando cerca de 1,7% das emissões de carbono de combustíveis fósseis, indústria e mudanças na silvicultura e no uso da terra.


Poderosas forças regulatórias estão agora arrastando janelas solares e seus benefícios ambientais para a realidade. Uma diretiva da União Européia exige que todos os novos prédios atinjam um padrão “quase zero de energia” até o final de 2020.

O protótipo de vidro do UbiQD usa pontos quânticos, a luz da qual é desviado lateralmente em direção às células solares no quadro.


O Japão, após o desastre nuclear de Fukushima Daiichi, foi mais longe exigindo que todos os novos edifícios públicos sejam de energia zero até 2020.


As janelas solares nunca serão tão eficientes quanto os painéis solares convencionais, porque as janelas devem, é claro, permanecer pelo menos parcialmente transparentes.


Mas eles podem criar uma enorme rede de pequenas fontes fotovoltaicas. E os desenvolvedores afirmam que o dinheiro que as janelas economizam em energia reembolsará o custo de instalá-las.


A diferença de custo já é muito pequena, diz Thomas Brown, da Universidade de Roma, na Itália, que costumava desenvolver janelas solares. Adicionar componentes de geração de energia a materiais de janelas pode se pagar em menos de uma década, diz ele.


E existem várias tecnologias, cada uma com custos e recursos diferentes. A evolução agora em curso determinará, portanto, se esta tecnologia decolará e, em caso afirmativo, qual das muitas abordagens dominará.


A Bell Telephone Laboratories da AT & T comercializou células fotovoltaicas em 1954 , quando revelou sua tecnologia baseada em silício.


Hoje, painéis solares na cobertura ainda costumam usar essas células. Quando são atingidos por fótons, elétrons na rede de cristal de silício são empurrados para um nível de energia mais alto, deixando um buraco carregado positivamente para trás.


Elétrons e buracos então se movem em direções opostas através de camadas de silício em direção aos eletrodos da célula, produzindo corrente elétrica.

Célula transparente: este concentrador solar flexível e luminescente, fabricado na University College London, direciona a luz para suas bordas, onde as células solares podem ser colocadas. A tecnologia poderia ser usada para modernizar janelas solares e outras aplicações para “energia fotovoltaica nas coisas” .


Hunter McDaniel, diretor executivo da UbiQD , no Novo México, está convencido de que a tecnologia de sua empresa tem vantagens importantes nessas áreas. O “QD” no nome da empresa significa ponto quântico , um nanocristal semicondutor.


QDs podem fluorescer, reemitindo luz em resposta à radiação; Eles pertencem a uma classe de substâncias conhecidas como fluoróforos, que são amplamente usadas para rotular bioquímicos.


Os QDs também podem ser incorporados em material transparente dentro de uma janela solar para formar um concentrador solar luminescente.


As LSCs capturam a luz dentro da janela e depois a redirecionam para uma célula solar não transparente montada em uma das bordas. Depois de absorver a luz recebida, os fluoróforos reemitem uma cor diferente, que salta entre as superfícies da janela em direção à célula solar, em vez de escapar ou ser reabsorvida por outros pontos. Outras empresas, incluindo a Glass to Power , em Milão, e a Physee , em Delft, na Holanda, também usam essa abordagem.


Os melhores QDs têm altos rendimentos quânticos - eles reemitem muito da luz que absorvem, a proporção varia de acordo com a cor da luz. McDaniel diz que a UbiQD criou fluoróforos infravermelhos QD que permitem LSCs “de cor neutra”, que não alteram as cores dos itens vistos através das janelas, com um rendimento quântico de 80%. Para fluoróforos de luz visível, o rendimento quântico é de 95%. "Simplesmente não há nada mais perto disso", insiste McDaniel.


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