Menu

Painéis fotovoltaicos de energia solar

O que é um concentrador solar luminescente?

Um concentrador solar luminescente (LSC) é um dispositivo capaz de absorver e concentrar a luz solar para a produção de energia elétrica. Os concentradores solares luminescentes captam a radiação solar em uma grande área. Posteriormente, eles convertem essa radiação em luminescência e a direcionam para um alvo menor.

O que é um concentrador solar luminescente?

A sigla LSC vem do inglês Luminiscent Solar Concentrator.

Os painéis LSC são mais baratos do que os painéis fotovoltaicos clássicos. Na verdade, eles são feitos de placas de plástico ou vidro sobre as quais as moléculas luminescentes são depositadas.

A tecnologia dessa forma de energia renovável é conhecida desde a década de 1960, mas foi progressivamente abandonada devido à baixa eficiência e às dificuldades na produção de corantes adequados.

Como funciona um concentrador solar luminescente?

Os concentradores solares luminescentes LSC são placas fotográficas ativas transparentes, capazes de absorver a luz de um amplo espectro de radiação solar.

Esses elementos usam corantes luminescentes especiais, capazes de capturar a luz e emiti-la no interior da placa. A radiação é então transportada para as bordas por reflexos sucessivos dentro da placa. Nas bordas dos painéis estão células fotovoltaicas que convertem a luz do sol em eletricidade.

O sistema de concentração tem muitas vantagens. O superaquecimento das células de silício é reduzido, geralmente levando à redução da eficiência e perda de energia na forma de calor.

Além disso, ao passar pelos painéis solares, a radiação incidente é convertida em comprimentos de onda que maximizam a eficiência das células.

Vantagens dos concentradores solares luminescentes (LSC)

Entre as vantagens dos concentradores solares luminescentes estão:

  • Eles tornam possível mudar a região de radiação de ondas curtas do espectro solar para uma faixa de comprimento de onda mais longa. Dentro desta faixa, a eficiência de conversão das células solares é maior.

  • Alcance uma alta concentração óptica de luz solar em dispositivos estacionários devido à capacidade de capturar não apenas luz direta, mas também luz difusa.

  • Impede o superaquecimento das células solares.

  • O uso do LSC em combinação com um sistema solar fotovoltaico para a produção de energia elétrica aumentará a eficiência geral.

  • Devido ao uso de células fotovoltaicas de pequena área no projeto de tais sistemas, é possível usar as células solares mais eficientes e caras. As células solares são o que convertem a energia da luz em eletricidade.

Desvantagens dos concentradores solares luminescentes (LSC)

Por outro lado, esses concentradores têm algumas desvantagens:

O "cone de perda" exerce uma influência bastante grande na eficiência da estrutura, através da qual uma parte da luz reemitida deixa o volume do guia de ondas e não pode mais ser usada para conversão em energia elétrica.

Para reduzir as perdas dentro do guia de ondas, é necessário diminuir o ângulo crítico, aumentando seu índice de refração. Porém, neste caso, a perda devido à reflexão da luz solar aumenta devido ao aumento do ângulo crítico externo. A solução para este problema é possível aplicando um revestimento com um índice de refração intermediário na interface do guia de ondas de ar, como resultado do qual as perdas devido à reflexão e saída de radiação do guia de ondas diminuirão.

A perda como resultado da reabsorção da luz reemitida por um fósforo está intimamente ligada ao "cone de perda". Durante o movimento da radiação ao longo do guia de ondas em direção aos extremos, ela pode ser reabsorvida e reemitida. Como a luminescência é quase isotrópica, parte da radiação é perdida novamente através do "cone de perda". Isso se deve à superposição das regiões de excitação e luminescência; portanto, é necessário selecionar um fósforo com o maior deslocamento de Stokes possível.

Uso e aplicações de dispositivos solares LSC

Estruturas compostas por LSCs e sistemas fotovoltaicos podem ser integradas à infraestrutura urbana por meio do uso de superfícies artificiais existentes. Essas estruturas podem ser, por exemplo, estruturas de construção translúcidas, como janelas, vitrais, cornijas.

A introdução desses sistemas em dispositivos eletrônicos móveis e tecidos (por exemplo, mochilas) é promissora. O custo de uma estrutura composta por um concentrador solar luminescente, em combinação com uma célula solar, será menor do que o custo de uma célula solar pura de eficiência semelhante. Isso se deve ao fato de que, no primeiro caso, a área do painel fotovoltaico será menor.

Que materiais são usados ​​para a construção de um concentrador solar luminescente?

Plásticos, vidro ou solventes orgânicos entre as folhas de plástico ou vidro podem ser usados ​​como o material de matriz LSC. Os materiais poliméricos são os mais adequados para esses fins devido às suas propriedades ópticas e operacionais, bem como à sua capacidade de fabricação. Para esses fins, o polimetilmetacrilato e o poliestireno são os mais usados.

Corantes orgânicos, compostos de íons metálicos raros e pontos quânticos, dos quais os primeiros são os mais amplamente utilizados devido ao seu alto rendimento quântico, facilidade de uso e baixo custo, podem atuar como um material luminescente.

Sua concentração para operação efetiva não ultrapassa 1% da massa, o que tem efeito positivo no custo da estrutura. 

Conclusões

A energia solar moderna tem um número suficiente de problemas não resolvidos, como:

  • O alto custo das células solares

  • A baixa eficiência de conversão das células solares, que não pode ser aumentada por métodos tradicionais sem custos significativos,

  • A discrepância entre a sensibilidade espectral dos conversores fotovoltaicos com o espectro da luz solar e o volume dos mais eficientes.

Cada um desses problemas pode ser resolvido separadamente, melhorando as tecnologias existentes. Esta abordagem é demorada e cara para os materiais, dificultando o desenvolvimento da energia solar, pois as reservas tradicionais de combustível fóssil são reduzidas. Portanto, um concentrador solar luminescente pode ser uma boa solução a ser considerada.

Autor:

Data de publicação: 16 de março de 2021
Última revisão: 16 de março de 2021