Painéis solares já existem há algum tempo, mas os materiais de que são feitos os tornam incapazes de converter mais de um quarto da energia do sol em eletricidade utilizável. De acordo com cálculos do MIT, uma casa média no ensolarado Arizona ainda precisa de cerca de 574 pés quadrados de painéis solares (assumindo cerca de 15% de eficiência) para atender às suas necessidades diárias de energia. Em Vermont frio e cinzento-invernal, a mesma casa precisaria de 861 pés quadrados. Isso é um monte de painéis.
É por isso que os pesquisadores do MIT vêm experimentando um processo inteiramente novo para converter a luz do sol - uma que aproveita temperaturas extremamente altas para aumentar a eficiência. Se funcionar em grande escala, poderemos estar vendo painéis solares de maneira mais eficiente nos próximos anos, potencialmente mudando o jogo para a energia solar.
“Com nossa pesquisa, estamos tentando abordar as limitações fundamentais da conversão de energia fotovoltaica”, diz David Bierman, um dos pesquisadores que lidera o projeto.
A tecnologia transforma a luz do sol em calor e converte o calor de volta à luz. O processo usa um tipo de concentrador de luz chamado de “absorvedor-emissor”, com uma camada absorvente de nanotubos de carbono preto sólido que transformam a luz do sol em calor. Quando as temperaturas atingem 1.000 graus Celsius ou mais (tão quente quanto a lava de muitos vulcões, só para se ter uma idéia), uma camada emissora, feita de cristal fotônico, envia a energia de volta como o tipo de luz que a célula solar pode usar.
Um filtro óptico reflete todas as partículas de luz que não podem ser usadas, um processo chamado de “reciclagem de fótons”. Isso aumenta a eficiência drasticamente, tornando as células duas vezes mais eficientes que o padrão atual.
Apropriadamente, a tecnologia é apelidada de "células solares quentes". As células foram recentemente nomeadas uma das "10 Tecnologias Inovadoras de 2017" da MIT Technology Review . Os editores da publicação compilam esta lista anualmente desde 2002. Este ano, as tecnologias, de implantes cerebrais a caminhões autônomos e câmeras capazes de tirar selfies de 360 graus, "afetarão a economia e nossa política, melhorarão a medicina ou influenciarão nossa cultura", segundo o MIT Technology Review . "Alguns estão se desdobrando agora; outros levarão uma década ou mais para se desenvolver", dizem os editores. "Mas você deve saber sobre todos eles agora."
Os nanotubos de carbono preto formam a camada absorvente-emissora do painel. (MIT) A tecnologia é superior às células solares padrão em um nível muito básico. O material semicondutor das células padrão, que é quase sempre silício, geralmente captura apenas a luz do espectro violeta para o vermelho. Isso significa que o restante do espectro da luz solar é perdido. Devido a esse problema fundamental, as células solares só podem converter cerca de um terço da energia da luz solar em eletricidade. Este limite superior, a eficiência teórica máxima de uma célula solar, é chamado de limite Shockley-Queisser. Painéis solares feitos para uso doméstico geralmente convertem muito menos que o limite Shockley-Queisser, já que os materiais mais eficientes ainda são extremamente caros. Mas com as células solares quentes, esse limite, em vigor por mais de 50 anos, pode ser história.
Neste ponto, os pesquisadores têm apenas um protótipo. Pode ser uma década ou mais antes de vermos estas células solares quentes no mercado. Neste momento, os materiais são tão caros que seria difícil transformar as células em painéis do tamanho necessário para uso comercial.
"Vamos precisar resolver uma série de questões relacionadas ao aumento do dispositivo para realmente gerar poderes que são soluções úteis para as pessoas e seus problemas", diz Bierman.
Bierman e seus colegas no projeto, Andrej Lenert, Ivan Celanovic, Marin Soljacic, Walker Chan e Evelyn N. Wang, estão otimistas de que podem superar esses limites. Eles também esperam descobrir como armazenar calor extra para uso posterior. Isso poderia significar energia limpa nos dias mais nublados dos dias de inverno. Mesmo em Vermont.
