“Metal preto” promete mudar a forma como usamos a energia solar

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A busca pela independência energética e novas formas de geração de energia solar levou pesquisadores do Instituto de Óptica da Universidade de Rochester, nos Estados Unidos, a estudar geradores termoelétricos solares (STEG) como uma fonte eficiente de geração de energia solar.

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Segundo os pesquisadores, em nota publicada no site da Universidade de Rochester, “ao contrário da energia fotovoltaica atualmente usada na maioria dos painéis solares, os STEGs podem aproveitar todos os tipos de energia térmica, além da luz solar”.

painel solar casa — *STEGs atuais apresentam uma eficiência muito mais baixa que sistemas de painéis solares instalados em residências. Crédito: Marvin Samuel Tolentino Pineda/iStock)*

Baixa eficiência da tecnologia de energia solar ainda é um entrave

STEGs são dispositivos que transformam calor em eletricidade usando o chamado efeito Seebeck. Esse efeito acontece quando dois materiais estão em temperaturas diferentes. As partículas carregadas, então, se movem de um lado para o outro e isso gera uma voltagem (energia elétrica).

Matéria na LiveScience explica que a baixa eficiência desse tipo de tecnologia ainda é um problema. Mas isso pode estar mudando. Pesquisadores da Universidade de Rochester desenvolveram um “metal preto” criado com laser, que torna o sistema mais eficiente.

Hoje os geradores termoelétricos conseguem transformar menos de 1% da luz solar em eletricidade, enquanto os painéis solares comuns usados em casas chegam a cerca de 20% de eficiência.

Leia mais:

*Laser gera pulsos ultrarrápidos que gravam nanoestruturas em superfícies metálicas, criando STEGs altamente eficientes. Crédito: J. Adam Fenster/Universidade de Rochester*

Em estudo publicado na Light: Science and Applications, os cientistas descrevem um novo método de engenharia e controle e calor que permitiu criar um dispositivo STEG capaz de gerar muito mais energia do que os equipamentos atuais. Com o método, é possível gerar 15 vezes mais energia.

Por décadas, a comunidade de pesquisa tem se concentrado em aprimorar os materiais semicondutores usados em STEGs. Neste estudo, […] ao combinar a melhor absorção de energia solar e aprisionamento de calor no lado quente com a melhor dissipação de calor no lado frito, obtivemos uma melhoria impressionante na eficiência.
Chunlei Guo, cientista sênior do Laboratorio de Energética a Laser de Rochester, em nota.

Pulsos de laser permitiram maior absorção e retenção de radiação térmica

Pesquisadores desenvolveram uma técnica que usa pulsos de laser ultrarrápidos para modificar metais e aumentar sua capacidade de gerar energia a partir do calor.

*Um close-up de nanoestruturas gravadas a laser na superfície de um gerador termoelétrico solar. Crédito: J. Adam Fenster/Universidade de Rochester*

O processo foi feito em uma peça de tungstênio, onde os lasers criaram sulcos microscópicos na superfície. Essa “gravação em nanoescala” deixou o metal mais escuro e capaz de absorver e reter muito mais calor. Para potencializar o efeito, os cientistas ainda cobriram a peça com plástico, funcionando como uma espécie de miniestufa.

Do outro lado do sistema, o alumínio também recebeu tratamento a laser, criando um dissipador de calor microestruturado, que se mostrou duas vezes mais eficiente que os modelos convencionais.

Como a tecnologia foi testada?

Um STEG tradicional não conseguiu acender o LED, mesmo sob luz 10x mais forte que a solar.
O “metal preto” acendeu o LED com brilho máximo sob luz 5x mais forte que a solar.
O novo sistema apresentou um ganho de 15 vezes na potência em comparação ao modelo convencional.

A tecnologia não deve substituir os parques solares por enquanto, mas poderá ser utilizada em sensores IoT de baixo consumo, em dispositivos vestíveis ou servir como sistemas de energia renovável fora da rede de energia em áreas rurais.