Novas tecnologias de painéis solares estão definidas para transformar o cenário global de energia solar. Algumas dessas tecnologias promissoras já estão em estágios avançados de desenvolvimento e podem chegar ao mercado em breve.
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Com essas inovações, a energia solar não vai mais exigir grandes parcelas de terra ou espaços de telhado feias.
(Telhas solares esteticamente atraentes e altamente eficientes, por exemplo, já estão criando telhados solares atraentes.)
O que são painéis solares transparentes?
O vidro fotovoltaico é provavelmente a nova tecnologia de painel solar mais avançada que promete ser uma virada de jogo na expansão do escopo da energia solar.
São painéis solares transparentes que podem literalmente gerar eletricidade a partir de janelas - em escritórios, casas, teto solar de carros ou até mesmo smartphones.
As cortinas são outra parte da janela de um edifício que pode gerar eletricidade (discutiremos isso em uma seção posterior).
Pesquisadores da Michigan State University (MSU) criaram originalmente o primeiro concentrador solar totalmente transparente em 2014.
Este painel solar transparente poderia transformar virtualmente qualquer folha de vidro ou janela em uma célula fotovoltaica.
Em 2020, os pesquisadores nos EUA e na Europa já alcançaram total transparência para o vidro solar.
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Esses painéis solares transparentes podem ser facilmente implantados em uma variedade de ambientes, desde arranha-céus com grandes janelas a um dispositivo móvel, como um telefone, um laptop ou um e-reader.
Como essas janelas de energia solar podem simplesmente substituir as janelas de vidro tradicionais em escritórios e residências, a tecnologia tem o potencial de transformar virtualmente todos os edifícios nos Estados Unidos e no mundo em produtores de energia solar.
Como funcionam as janelas do painel solar?
Um painel solar transparente é essencialmente uma ideia contra-intuitiva porque as células solares devem absorver a luz solar (fótons) e convertê-la em energia (elétrons).
Quando um vidro solar é transparente, a luz solar passará pelo meio e anulará o propósito de utilização da luz solar.
No entanto, essa nova tecnologia de painel solar está mudando a maneira como as células solares absorvem luz.
A célula aproveita seletivamente uma parte do espectro solar que é invisível a olho nu, enquanto permite a passagem da luz visível normal.
Para alcançar essa maravilha tecnológica, os pesquisadores desenvolveram o concentrador solar luminescente transparente (TLSC) em vez de tentar fazer o impossível criando uma célula de vidro fotovoltaico transparente.
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O TLSC é composto de sais orgânicos projetados para absorver comprimentos de onda de luz infravermelha e UV invisíveis específicos, que então brilham (luminescente) como outro comprimento de onda invisível.
Esse novo comprimento de onda é então guiado até a borda do plástico da janela, que finas tiras de células solares fotovoltaicas o convertem em eletricidade.
Assim que começar a produção em massa de painéis solares transparentes, os pesquisadores estimam que o TLSC deve ser capaz de fornecer uma eficiência de cerca de 10%.
Este pode não parecer um número surpreendente, mas em uma escala nacional ou global, quando quase todas as janelas de uma casa ou prédio de escritórios consistem em painéis solares transparentes, os resultados podem ser transformadores.
À medida que o custo dos painéis solares transparentes diminui com sua produção e implantação em massa, essa tecnologia não intrusiva pode ser dimensionada desde aplicações comerciais e industriais até dispositivos portáteis de consumo, ao mesmo tempo em que permanece muito acessível.
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Tipos de painéis solares transparentes
Assim como os painéis solares de telhado são produzidos atualmente usando diferentes tecnologias (telhas solares de Tesla e outras tecnologias), as janelas solares também estão sendo desenvolvidas usando diferentes técnicas.
Os dois principais tipos de painéis solares transparentes incluem painéis transparentes parciais e totalmente transparentes.
Painéis solares parcialmente transparentes
Um fabricante alemão, Heliatek Gmb, desenvolveu este painel solar parcialmente transparente, que pode absorver cerca de 60 por cento da luz solar que recebe.
Em comparação com as células solares fotovoltaicas convencionais, os painéis solares parcialmente transparentes têm uma eficiência inferior de 7,2%.
No entanto, a geração de energia solar pode ser aumentada ajustando o equilíbrio entre a luz solar que é transmitida e absorvida.
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Por exemplo, em edifícios de vidro voltados para o sul, muitas vezes é importante reduzir a luz transmitida (muitos desses edifícios de escritórios já usam vidro colorido).
Nesses locais, o painel solar parcialmente transparente pode funcionar muito bem.
Painéis solares totalmente transparentes
Conforme descrito no início deste relatório, os pesquisadores da MSU já alcançaram um avanço ao produzir painéis de vidro fotovoltaico totalmente transparentes que se assemelham ao vidro normal.
Os pesquisadores estimam que a eficiência desses painéis solares totalmente transparentes seja de até 10% assim que sua produção comercial começar.
É vital entender aqui que, quando se trata de janelas de painel solar, a eficiência do painel não é tudo.
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Em termos práticos, uma janela solar menos eficiente significa apenas que a janela deve ser maior em comparação com o painel mais eficiente para gerar a mesma quantidade de eletricidade.
Uma vez que os painéis solares totalmente transparentes são integrados em grandes janelas em edifícios, sua eficiência mais baixa tende a ser supercompensada por sua escala potencial de implantação.
Cortinas de painel solar: uma tecnologia de janela solar fácil de implementar
As cortinas de painel solar são um suplemento aos vidros / painéis solares transparentes ao usar a janela para gerar eletricidade.
Os painéis de energia solar são projetados para coletar a luz solar para produzir energia, enquanto a função essencial das persianas é bloquear a entrada de raios solares diretos no interior.
As cortinas de painel solar combinam habilmente essas duas funções divergentes. Uma startup inovadora chamada SolarGaps introduziu persianas para painéis solares, que afirmam poder reduzir os custos de energia em até 70%.
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Para cada 10 pés quadrados de espaço de janela, essas cortinas solares podem gerar 100 watts de energia (você poderia aproximadamente alimentar três laptops com tanta eletricidade).
Estas cortinas solares podem ser instaladas no interior ou no exterior, e você pode controlar o seu ângulo e posicionamento através de um aplicativo que também irá informá-lo sobre os números de geração de energia.
Inclui uma configuração para otimizar automaticamente o ângulo das cortinas de acordo com a posição do sol.
Pioneiros na pesquisa e fabricação de painéis solares transparentes
Pesquisadores da Michigan State University e do MIT, bem como fabricantes como Ubiquitous Energy, Physee e Brite Solar, são pioneiros na promoção desta nova tecnologia de painel solar.
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Energia ubíqua
Ubiquitous Energy, em parceria com um fabricante líder de vidro NSG Group, está desenvolvendo a tecnologia ClearView Power exclusiva da Ubiquitous para integrar painéis solares transparentes em janelas de vidro arquitetônico.
O revestimento solar transparente do ClearView Power pode ser aplicado diretamente em janelas de construção no momento do processo normal de fabricação de vidro.
A tecnologia também aumenta a eficiência energética dos edifícios por meio do bloqueio do calor solar infravermelho.
Quando combinado com a geração de energia solar por meio de painéis solares transparentes, pode levar a edifícios com energia líquida zero.
A empresa já anunciou que as células solares transparentes da ClearView Power atingiram uma eficiência de conversão de eletricidade de 9,8%.
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Physee
Physee é um fabricante europeu que lançou um produto avançado chamado PowerWindow.
Na verdade, é o único painel solar transparente instalado no mundo no momento (cobrindo 300 pés quadrados em um prédio de banco holandês).
O PowerWindow de Physee usa pequenos painéis solares que são instalados ao longo das bordas das vidraças para gerar energia.
Embora essas janelas solares ainda não sejam uma fonte de energia independente para edifícios, a empresa está confiante nas melhorias rápidas na escala e na eficiência de seus painéis transparentes.
PowerWindows servem como blocos de construção para "SmartSkin", o vidro fotovoltaico transparente que a empresa está promovendo como a "fachada de vidro à prova do futuro para edifícios sustentáveis de próxima geração".
O SmartSkin pode trabalhar de forma autônoma para detectar, alimentar e regular o clima dentro do prédio usando sistemas inteligentes.
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O futuro da tecnologia solar transparente
O potencial de geração de energia renovável e limpa a partir do sol é enorme com painéis solares transparentes, considerando o número de arranha-céus e edifícios já existentes ou em construção com uma superfície de vidro massiva.
De acordo com Richard Lunt, Professor Associado de Engenharia Química e Ciência de Materiais da Johansen Crosby Endowed na MSU, as células solares altamente transparentes representam a “onda do futuro” para novas tecnologias de painéis solares.
Lunt diz que esses painéis solares transparentes têm um potencial de geração de energia semelhante ao solar de telhado, junto com aplicativos adicionais para melhorar a eficiência de edifícios, carros e dispositivos móveis.
Lunt e sua equipe estimam que apenas os EUA tenham atualmente cerca de 5 a 7 bilhões de metros quadrados de superfície de vidro.
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(Apenas nos últimos 10 anos, até 682 milhões de pés quadrados de espaço para escritórios foram adicionados nos EUA).
Com tanta superfície de vidro para cobrir, a tecnologia de painel solar transparente tem o potencial de atender a cerca de 40% da demanda anual de energia do país.
Este potencial é quase o mesmo que o do telhado solar. Quando ambas as tecnologias são implantadas de forma complementar, pode ajudar a atender quase 100 por cento das necessidades de eletricidade dos EUA se também melhorarmos o armazenamento de energia.
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