Célula captura calor do Sol e frio do espaço ao mesmo tempo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/12/2018

Esta célula termo-solar dupla captura o calor do Sol e envia calor para o espaço sideral.
[Imagem: Linda Cicero/Stanford]

Célula solar de calor e de frio

Foi demonstrado pela primeira um dispositivo único que consegue coletar simultaneamente o calor do Sol e o frio do espaço exterior.

Isto é importante por uma série de fatores, tanto técnicos quanto econômicos e ambientais, simplificando o projeto das usinas, barateando os equipamentos e definindo que a coleta de energia solar e de energia espacial não competirão por áreas de terra para instalação, além de permitir que as duas tecnologias gerem uma sinergia que ajuda ambas a funcionarem de maneira mais eficiente.

A energia renovável favorita no mundo todo tem sido a solar - tanto a fotovoltaica quanto a termossolar. Mas existe outra fonte de energia poderosa à nossa disposição - a fria temperatura do espaço exterior.

"É amplamente reconhecido que o Sol é uma fonte de calor perfeita que a natureza oferece aos seres humanos na Terra. É menos reconhecido que a natureza também oferece aos seres humanos o espaço exterior como um dissipador de calor perfeito," explicam Zhen Chen e seus colegas das universidades de Stanford (EUA) e do Sudeste da China.

Resfriamento radiativo

Os objetos emitem calor na forma de radiação infravermelha - uma forma de luz invisível ao olho humano. A maior parte dessa radiação é refletida de volta à Terra por partículas na atmosfera, mas parte dela escapa para o espaço, permitindo que superfícies que emitam radiação suficiente dentro da faixa do infravermelho resfriem-se, com sua temperatura ficando abaixo da temperatura do ambiente.

Essa tecnologia, conhecida como "resfriamento radiativo", envia grandes quantidades de luz infravermelha para o espaço, fornecendo uma alternativa de ar condicionado que não emite gases do efeito estufa. Ela também pode ajudar a melhorar a eficiência das células solares porque o calor diminui a capacidade de captura dessas células. O grande desafio vinha sendo fazer as duas tecnologias coexistirem pacificamente no mesmo telhado.

Chen e seus colegas desenvolveram um dispositivo que combina o resfriamento radiativo com a tecnologia de absorção solar. Essa célula termossolar consiste de um absorvedor solar, fabricado com o semicondutor germânio, em cima de um radiador radiativo, fabricado com nitreto de silício, silício e camadas de alumínio, ambos cercados por um ambiente de vácuo para minimizar a perda de calor.

Tanto o absorvedor solar quanto a atmosfera são transparentes na faixa de infravermelho médio de 8 a 13 micrômetros, oferecendo um canal para a radiação infravermelha do radiador radiativo ser lançada diretamente para o espaço sideral.

• Espelho de resfriamento irradia calor para o espaço

Um único componente funciona como ar-condicionado e como aquecedor.
[Imagem: Zhen Chen et al. - 10.1016/j.joule.2018.10.009]

Desafios

A equipe demonstrou que sua célula termossolar combinada pode fornecer simultaneamente 24° C em aquecimento solar e 29° C em resfriamento radiativo, com o absorvedor solar melhorando o desempenho do resfriador radiativo ao bloquear o calor do Sol.

"Em um telhado, vislumbramos que uma célula fotovoltaica pode fornecer eletricidade, enquanto o radiador pode resfriar a casa nos dias quentes de verão," disse Chen, além de resfriar as células fotovoltaicas para que elas operam de forma mais eficiente. Enquanto isso, o absorvedor solar pode fornecer aquecimento de água ou funcionar como fonte acessória de energia térmica.

Embora essa tecnologia seja promissora, Chen acredita que ainda há muito trabalho a ser feito antes que ela possa ser escalonada para uso comercial. Embora o vácuo que envolve a célula possa ser dimensionado com relativa facilidade, a janela transparente de infravermelho, feita com seleneto de zinco, ainda é muito cara. A equipe também está trabalhando em busca de substitutos mais baratos para os demais materiais usados.

Contudo, apesar desses desafios práticos, a equipe acredita que seu dispositivo demonstra que a energia renovável tem ainda mais potencial do que se pensava anteriormente.

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