Engenheiros que tentam tornar a energia solar mais acessível para o usuário médio enfrentam há muito tempo um enigma. Os painéis solares captam muito mais energia quando podem se deslocar para seguir o movimento do sol pelo céu. Mas os aparelhos necessários para mover os painéis são caros, e geralmente são muito pesados para serem usados em telhados inclinados.
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Agora, pesquisadores da Universidade de Michigan pegaram emprestado o kirigami, a arte japonesa de corte de papel, para fazer um novo tipo de painel de rastreamento. Folhas de plástico plano de células solares são pontuadas com pequenos cortes usando um laser. Quando puxadas, as folhas se abrem em três dimensões, oferecendo superfícies elevadas para enfrentar a direção do sol.
“Aqui temos um substrato, que é muito fino. É leve, não precisa ser inclinado com grandes suportes ou máquinas ”, diz Max Shtein, professor associado de ciência e engenharia de materiais na universidade. "Tudo o que você precisa fazer é alongá-lo."
As células solares de kirigami são o resultado de uma colaboração entre a equipe de Shtein e o artista de papel Matthew Shlian. Shlian, que é conhecido por suas esculturas de aparência futurista feitas de papel dobrado geometricamente, plissado e fatiado, veio pelo laboratório de Shtein há vários anos, procurando por cientistas para trabalhar. Ele e Shtein se deram bem imediatamente. Eles se encontravam regularmente, tentando descobrir como a habilidade de Shlian em manipular superfícies planas poderia ser usada em um dos projetos de Shtein. Então, um dia, Shlian mostrou a Shtein uma forma com a qual ele estava trabalhando, onde um papel é cortado com pequenas fendas. Quando Shtein puxou as pontas, expandiu-se em uma malha tridimensional.
"Eu pensei 'ah ha, bingo!'", Lembra Shtein. Isso seria perfeito para um painel solar.
A equipe realizou uma simulação usando os painéis de kirigami, com base nas condições durante o solstício de verão no Arizona. A simulação sugeriu que o painel de kirigami funcionava quase tão bem quanto um painel solar de rastreamento convencional movido a energia mecânica, e era 36% mais eficiente do que um painel estacionário. Os resultados foram relatados na revista Nature Communications .
Os painéis de kirigami estão a anos de uso do consumidor - Shtein espera obter mais financiamento para promover o projeto. Mas eles poderiam ser potencialmente mais baratos que os painéis convencionais. Embora o custo dos módulos solares tenha caído drasticamente ao longo dos anos (cerca de 75% desde 2009, segundo um relatório da International Renewable Energy Agency), o preço da instalação permaneceu teimosamente alto. Os painéis de kirigami provavelmente seriam mais fáceis de instalar e exigiriam menos equipamentos pesados.
O projeto ainda está em fase conceitual; a equipe ainda não criou um protótipo funcional do painel. Testes adicionais serão necessários para ver se as folhas solares finas e flexíveis são duráveis o suficiente para serem puxadas para novas posições diariamente durante um período de anos. Se a equipe espera construir um painel capaz de durar 25 anos, as folhas, segundo a estimativa de Shtein, precisarão suportar cerca de 25.000 movimentos.
"Pode fazer isso?", Pergunta Shtein. "Nós não testamos tanto assim."
Também não está claro que tipo de mecanismo seria usado para esticar os painéis, apesar de provavelmente ser muito mais leve do que os rastreadores tradicionais.
O mesmo padrão de kirigami usado nos painéis solares pode ter aplicações muito além da energia solar, diz Shtein. É possível que o padrão possa ser útil em câmeras e nas indústrias aeroespacial e automotiva, embora Shtein diga que não tem a liberdade de dar muitos detalhes.
O origami, primo mais conhecido do kirigami, tem sido usado para muitas aplicações científicas e técnicas, desde stents cardíacos a espelhos aeroespaciais e airbags de automóveis. O próprio Kirigami foi recentemente usado pelos pesquisadores da Cornell para produzir transistores pequenos e flexíveis. Cortados do grafeno (folhas de carbono com um átomo de espessura), os transistores poderiam ser usados para criar nanomáquinas para vários propósitos.
