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 capturam a radiação solar em uma grande área. Posteriormente, eles convertem essa radiação em luminescência e a direcionam para um alvo menor onde existe um receptor fotovoltaico.
A sigla LSC vem do inglês Luminescent Solar Concentrator.
Os painéis LSC são mais baratos que os painéis fotovoltaicos clássicos. Na verdade, eles são feitos de placas de plástico ou vidro sobre as quais são depositadas moléculas luminescentes.
A tecnologia para esta forma de energia renovável é conhecida desde a década de 1960, mas tem sido progressivamente abandonada devido à baixa eficiência e às dificuldades na produção de corantes adequados.
Funcionamento
Os concentradores solares luminescentes LSC são placas fotográficas ativas transparentes capazes de absorver luz de um amplo espectro de radiação solar.
Esses elementos utilizam corantes luminescentes especiais capazes de capturar a luz e emiti-la dentro da placa. A radiação é então transportada para as bordas, através de reflexões sucessivas dentro da placa. Nas bordas dos painéis estão células fotovoltaicas que convertem a luz solar em eletricidade.
O sistema de concentração tem muitas vantagens. O superaquecimento das células de silício é reduzido, o que muitas vezes causa 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
Entre as vantagens dos concentradores solares luminescentes estão:
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Maior eficiência: Permitem deslocar 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.
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Utilização de radiação solar difusa. Alcançar uma alta concentração óptica de luz solar em dispositivos estacionários devido à capacidade de capturar não apenas luz direta, mas também difusa.
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Evita o superaquecimento das células solares.
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A utilização do LSC em combinação com um sistema solar fotovoltaico para a produção de energia eléctrica aumentará a eficiência global.
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O uso de células fotovoltaicas de pequena área permite o uso de células solares mais eficientes e caras. As células solares são o que convertem a energia luminosa em eletricidade.
Desvantagens
Este tipo de concentradores solares apresenta algumas desvantagens:
- O "cone de perda" exerce uma influência bastante grande na eficiência da estrutura através da qual uma parte da luz reemitida sai do volume do guia de ondas e não pode mais ser utilizada para conversão em energia elétrica.
- Para reduzir as perdas dentro do guia de ondas, é necessário diminuir o ângulo crítico aumentando o seu índice de refração. Porém, neste caso, a perda por reflexão da luz solar aumenta devido ao aumento do ângulo crítico externo. A solução para este problema é possível aplicando um revestimento com índice de refração intermediário na interface ar-guia de ondas, como resultado das perdas por reflexão e emissão de radiação do guia de ondas diminuirão.
- A perda como resultado da reabsorção da luz reemitida está inextricavelmente ligada ao "cone de perda". Durante o movimento da radiação ao longo do guia de ondas em direção às extremidades, ela pode ser reabsorvida e reemitida. Como a luminescência é quase isotrópica, parte da radiação é perdida novamente através do “cone de perda”.
Uso e aplicações
Estruturas de energia solar constituídas por LSCs e sistemas fotovoltaicos podem ser integradas em infraestruturas urbanas através da utilização de superfícies artificiais existentes. Estas estruturas podem ser, por exemplo, estruturas de construção translúcidas, tais como janelas, vitrais, cornijas.
A introdução destes sistemas em dispositivos eletrónicos móveis e tecidos (por exemplo, mochilas) é promissora. O custo de uma estrutura constituída por um concentrador solar luminescente, em combinação com uma célula solar, será inferior ao 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.
Materiais usados
Plásticos, vidro ou solventes orgânicos localizados entre as folhas de plástico ou vidro podem ser usados como material de matriz LSC. Os materiais poliméricos são 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 com íons metálicos raros e pontos quânticos, dos quais os primeiros são os mais utilizados devido ao seu alto rendimento quântico, facilidade de uso e baixo custo, podem atuar como material luminescente.
Sua concentração para operação efetiva não ultrapassa 1% da massa, o que tem efeito positivo no custo da estrutura.