Roger Angel é um astrônomo cujos designs inovadores de espelhos telescópicos transformaram radicalmente a maneira como vemos as estrelas e as galáxias. Ele desenvolveu espelhos leves e perfurados para os maiores e mais poderosos telescópios do mundo, incluindo o Grande Telescópio Binocular em Mount Graham, no Arizona, e o Telescópio Gigante Magellan, atualmente em construção no Chile. Ele é professor de regentes e chefe do Laboratório de Espelhos do Observatório Steward, da Universidade do Arizona (UA), e bolsista MacArthur "gênio grant". Em 2010, ele ganhou o prestigioso Prêmio Kavli de Astrofísica. Mas ultimamente ele tem pensado mais sobre a vida em nosso próprio planeta.
"Eu estava me preocupando com o aquecimento global", diz Angel, e ele tinha começado a contemplar soluções tão audaciosas (e, em última análise, proibitivas quanto a custos) como a colocação de gigantescos tons de sol no espaço para resfriar o planeta. Mas quando sua esposa lhe perguntou: "Você não pode fazer algo sobre o aquecimento global?", Ele ficou sério e começou a imaginar como seus espelhos de telescópio poderiam ser usados para gerar energia limpa. Agora Angel criou um sistema que utiliza espelhos com minúsculas células solares para aproveitar a luz e gerar eletricidade, um sistema que tem o potencial de ser mais econômico do que qualquer outra coisa no mercado.
Tentar aproveitar o poder do sol não é novidade; Muitas empresas e inventores têm analisado o problema de como coletar, converter e usar de forma mais eficiente a energia solar por décadas. A tecnologia de células fotovoltaicas (PV) que captam os raios solares melhorou com o tempo, mas ainda há algumas peças pegajosas no quebra-cabeça da produção de eletricidade solar. Algumas dessas questões incluem a quantidade de calor gerada pelas técnicas existentes, o espaço necessário para as células solares e o custo.
Angel está lidando com alguns desses problemas com seu novo sistema. “É uma unidade completa e autônoma que transforma a luz em energia e rejeita o calor”, diz ele. Espalhados ao redor de seu laboratório de Tucson estão ferramentas, pedaços de metal, pedaços de células fotovoltaicas e outras peças da engenhoca. Juntos, ele consistirá de vários espelhos quadrados presos a uma armação de aço grande e leve que parece um trepa-trepa. Cada espelho reflete a luz em sua própria unidade de conversão de energia em forma de cubo (PCU) instalada acima de seu centro. A PCU é uma pequena caixa com uma bola de sílica fundida na extremidade voltada para o espelho. À medida que a luz do sol atinge o espelho, a forma parabólica do espelho focaliza o feixe diretamente na esfera, que, por sua vez, focaliza a luz em uma matriz curva de 36 pequenas células fotovoltaicas. As células são o que convertem a luz em eletricidade.
Cada espelho reflete a luz em sua própria unidade de conversão de energia em forma de cubo (PCU) instalada acima de seu centro. (Cortesia de Rehnu) 
O astrônomo Roger Angel está tentando aproveitar o poder do sol com a nova tecnologia desenvolvida para telescópios. O rastreador solar na foto atualmente produz 2 kW de energia elétrica. (Cortesia da Universidade do Arizona) 
Um close-up do sistema convertido, mostrando a bola de sílica de 5 "de diâmetro e a caixa reflexiva que abriga as células de junção tripla. (Cortesia da Universidade do Arizona) "As células transformam cerca de 40% da luz em eletricidade", diz Angel, observando que isso é altamente eficiente para um sistema de energia solar. Sua inovação também contém um sistema de resfriamento usando tecnologia semelhante à usada para chips de computador e motores de automóveis. "Isso permite que os chips fiquem incrivelmente frescos: 20 graus acima da temperatura do ar ambiente", diz ele. O sistema de refrigeração tem o benefício adicional de não usar água, um recurso especialmente precioso nos desertos onde operam muitos sistemas solares; refrigerante recirculado é usado em seu lugar.
“Ninguém jamais construiu um sistema que utiliza uma estrutura de estrutura espacial tão eficiente e leve para minimizar a quantidade de aço e manter os espelhos. Ninguém criou espelhos de vidro que são práticos e baratos assim, e ninguém fez uma PCU como essa ”, diz Angel.
Alex Cronin, físico da Universidade do Arizona que conduz pesquisas independentes sobre células solares fotovoltaicas, concorda. Angel "otimizou [este sistema solar] como um telescópio", diz Cronin. “Este é um exemplo de esticar o envelope em uma nova direção. Ele projetou com a menor quantidade de aço e ferro. No futuro, veremos mais disso. Ele está liderando a indústria.
Angel diz que seu design tem uma "herança da astronomia". Mas os telescópios na astronomia são usados para concentrar luz muito fraca e distante, enquanto os espelhos aqui desempenham um papel diferente. “Passamos do extremo de fazer os espelhos mais perfeitos que você pode imaginar, dos espelhos de menor custo que são bons o suficiente. "
Eles podem ser mais baratos, mas você não gostaria de ficar no ponto focal de um de seus espelhos. Angel recentemente testou um espelho de três metros de largura que focalizava a luz do sol em um pedaço de aço de seis milímetros de espessura. Em 15 segundos, o raio queimava um buraco no aço do tamanho de um quarto.
Além dos espelhos, os outros elementos críticos de seu sistema são as células fotovoltaicas na UCP. Em vez de usar as típicas células solares de silício, ele dá o exemplo: “O que chamou minha atenção é que recentemente o tipo de células fotovoltaicas usadas no espaço [para alimentar a estação espacial, por exemplo] foram adaptadas para uso em o chão ”, diz ele. “Da luz que entra, você converte duas vezes mais energia em eletricidade.” Isso economiza dinheiro e espaço no sistema. "Muitas pessoas notaram as maravilhosas propriedades" das células mais novas, chamadas células fotovoltaicas de junção tripla, "mas o desafio é conseguir a luz concentrada nelas sem soprar o orçamento."
O famoso cientista corta o barulho do aquecimento global e expõe os fatosCom a ajuda da bola de sílica, a luz solar que cai no espelho pode ser focada em uma área de células com um milésimo do tamanho do espelho, e o custo das células torna-se um décimo por watt gerado em comparação com a energia solar. painéis que não empregam a tecnologia de Angel.
O objetivo de Angel é criar eletricidade solar em escala de utilidade a um preço que concorra com combustíveis fósseis, algo que não existe hoje. “Eu acho que o que estamos fazendo tem uma boa chance. A arquitetura que desenvolvemos nos últimos anos é uma nova abordagem e visa especificamente obter o baixo custo ”.
Parte de sua relação custo-benefício decorre da capacidade da Angel de utilizar os processos de fabricação que já estão em vigor. Seu sistema patenteado e com patente pendente (cobrindo a montagem, a ótica e o uso das células fotovoltaicas) é simples o suficiente para ser fabricado em grande volume, e ele e uma equipe de cientistas e estudantes de pós-graduação da Universidade do Arizona estão pesquisando maneiras de tornar os métodos de produção em massa ainda mais simplificados.
Até mesmo o cenário para sua pesquisa e desenvolvimento ajuda a reduzir custos. O protótipo da montagem de Angel no estilo jungle-gym foi construído em uma piscina deserta atrás de um ginásio no campus da UA, um local que já abrigou uma antena parabólica para uma estação de TV de Tucson. "Este espaço em particular tem uma visão perfeita do céu do sul do amanhecer ao anoitecer e fica a dois minutos a pé do meu escritório", diz ele, e a região recebe cerca de 350 dias de sol por ano. Outro benefício de estar no Arizona é que "estamos a duas ou três horas da costa leste, o que significa que o sol ainda está brilhando no Arizona no momento da demanda de pico no Oriente", diz ele.
Angel foi parcialmente motivado a desenvolver a energia solar por causa de algo que ele observou na Terra. Sua casa fica perto de um rio e ele observou o declínio da hidrovia ao longo do tempo. "O lençol freático desceu três pés desde que eu entrei em casa", diz ele. “A degradação do rio é algo que vejo em tempo real diante dos meus olhos devido à superpopulação. Eu concordei que meu lindo rio vai secar, mas eu não quero me reconciliar com um planeta que está condenado a um destino miserável como esse.
Alaina G. Levine é uma escritora científica baseada em Tucson, Arizona.
