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Célula solar continua funcionando muito depois do pôr do sol

A captação de energia gerada pela diferença de temperatura entre a célula fotovoltaica e o ar circundante, cria uma fonte viável e renovável de eletricidade à noite.


Pesquisadores construíram uma célula fotovoltaica que capta energia do ambiente durante o dia e a noite, aproveitando o calor que verte da Terra de volta ao espaço. À noite, as células solares irradiam e perdem calor para o céu, atingindo temperaturas alguns graus abaixo do ar ambiente. O dispositivo em desenvolvimento utiliza um módulo termoelétrico para gerar tensão e corrente a partir do gradiente de temperatura entre a célula e o ar. A configuração é barata e, em princípio, pode ser incorporada nas células solares existentes.


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Cerca de 750 milhões de pessoas no mundo não têm acesso à eletricidade à noite. As células solares fornecem energia durante o dia, mas economizar energia para uso posterior requer armazenamento substancial da bateria.


Em Applied Physics Letters, da AIP Publishing, pesquisadores da Universidade de Stanford construíram uma célula fotovoltaica que coleta energia do ambiente durante o dia e a noite, evitando completamente a necessidade de baterias. O dispositivo faz uso do calor que vaza da Terra de volta ao espaço - energia que está na mesma ordem de magnitude da radiação solar recebida.


À noite, as células solares irradiam e perdem calor para o céu, atingindo temperaturas alguns graus abaixo do ar ambiente. O dispositivo em desenvolvimento utiliza um módulo termoelétrico para gerar tensão e corrente a partir do gradiente de temperatura entre a célula e o ar. Este processo depende do projeto térmico do sistema, que inclui um lado quente e um lado frio.


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Na na imagem ao lado pode-se ver uma representação de como funciona a geração de energia noturna a partir do resfriamento de uma célula fotovoltaica.


(a) Esquema mostrando o balanço de energia da célula fotovoltaica

(b) Modelo do circuito térmico do dispositivo.


“Você quer que a termoelétrica tenha um contato muito bom tanto com o lado frio, que é a célula solar, quanto com o lado quente, que é o ambiente”, disse o autor Sid Assawaworrarit.


A equipe demonstrou a geração de energia em seu dispositivo durante o dia, quando funciona ao contrário e contribui com energia adicional para a célula solar convencional, e à noite.


A configuração é barata e, em princípio, pode ser incorporada nas células solares existentes. Também é simples, então a construção em locais remotos com recursos limitados é viável.


"O que conseguimos fazer aqui é construir tudo com componentes de prateleira, ter um contato térmico muito bom, e o mais caro em toda a configuração foi a própria termoelétrica", disse o autor Zunaid Omair.


Usar eletricidade à noite para iluminação requer alguns watts de energia. O dispositivo atual gera 50 miliwatts por metro quadrado, o que significa que a iluminação exigiria cerca de 20 metros quadrados de área fotovoltaica.


Os gráficos ao lado indicam as medições de temperatura e potência de vários dias, energia solar, cordeiro, RJ, região serrana

Os gráficos ao lado indicam as medições de temperatura e potência de vários dias.


(a) Medições de temperatura.

(b) Geração de energia fotovoltaica.

(c) Geração de energia com o gerador termoelétrico. Observe as diferentes escalas usadas para o dia e a noite.

(d) Instantâneo da relação corrente-tensão-potência do gerador termoelétrico às 20h50 do dia 11 de outubro.



"Nenhum desses componentes foi projetado especificamente para esse fim", disse o autor Shanhui Fan. "Então, acho que há espaço para melhorias, no sentido de que, se alguém realmente projetasse cada um desses componentes para nosso propósito, acho que o desempenho poderia ser melhor."


A equipe visa otimizar o isolamento térmico e os componentes termelétricos do dispositivo. Eles estão explorando melhorias de engenharia para a própria célula solar para melhorar o desempenho do resfriamento radiativo sem influenciar sua capacidade de coleta de energia solar.


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Story Source:

Materiais fornecidos pelo Instituto Americano de Física. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.


Journal Reference:

Sid Assawaworrarit, Zunaid Omair, Shanhui Fan. Nighttime electric power generation at a density of 50 mW/m2 via radiative cooling of a photovoltaic cell. Applied Physics Letters, 2022; 120 (14): 143901 DOI: 10.1063/5.0085205


Tradução de Elise Gomes