As células solares têm um ponto fraco: quanto mais forte é o sol, mais aquecem, e as células quentes perdem eficiência. O projeto NANOSPLIT, financiado pela UE, encontrou uma forma de o contornar – nanofluidos híbridos feitos de folhas de óxido de zinco e nanopartículas de ouro, que funcionam como filtros de luz inteligentes. Parte da luz solar é convertida em eletricidade, enquanto o resto se torna calor útil para água quente ou aquecimento ambiente – e no fim podes ver como tu usas a energia.
O projeto NANOSPLIT, financiado pela UE, teve início em 2021 com o objetivo de melhorar os sistemas fotovoltaicos-térmicos (PV-T) de concentração. Estas soluções híbridas geram eletricidade e calor a alta temperatura em simultâneo.
Funcionam com lentes ou espelhos que concentram a luz solar numa pequena área de célula solar, enquanto o excesso de calor produzido no processo é captado em vez de ser desperdiçado.
Os sistemas PV-T tradicionais têm um ponto fraco. Com intensidades elevadas de radiação solar, as temperaturas também sobem – e as células fotovoltaicas quentes perdem eficiência.
O NANOSPLIT enfrentou o problema criando divisores espectrais à base de nanofluidos. Estes filtram a luz solar que chega, encaminhando os comprimentos de onda mais úteis para as células solares e absorvendo os comprimentos de onda não aproveitados, que geram calor. Esse calor pode depois ser usado em aplicações térmicas, como a água quente doméstica ou o aquecimento ambiente.
O avanço do projeto está nos nanofluidos híbridos compostos por folhas de óxido de zinco e nanopartículas de ouro. Juntos, atuam como filtros de luz inteligentes.
No interior do filtro, a luz solar divide-se em dois caminhos:
Em suma, cada parte do espetro solar vai para onde é mais útil, em vez de se perder nas células como calor indesejado.
A equipa apresentou os seus resultados na conferência ECOS 2024, em Rodes, na Grécia. Partilhar resultados num encontro internacional é um passo importante para qualquer nova tecnologia energética, pois coloca a ideia diante de outros especialistas que trabalham em problemas semelhantes.
O NANOSPLIT foi concluído em 2023, mas a história não terminou aí. A equipa tem colaborado com parceiros europeus e indianos no desenvolvimento futuro.
Uma das linhas de investigação centra-se em nanofluidos de pontos de carbono que podem ser «afinados» para comprimentos de onda de luz específicos. Ao mesmo tempo, a Solar Flow, uma empresa derivada do Imperial College London, está a explorar aplicações de calor industrial a temperaturas mais elevadas.
Isto mostra como um projeto de investigação pode levar a várias direções novas em simultâneo: novos materiais no laboratório e uma empresa a estudar utilizações industriais.
Christos Markides, coordenador do projeto no Imperial College London, resume o resultado: «O NANOSPLIT demonstrou com sucesso como soluções avançadas de gestão ótica e térmica desbloqueiam as tecnologias solares da próxima geração.»
Para estudantes de física, ciência dos materiais ou engenharia da energia, o NANOSPLIT é um bom exemplo de como a ótica, a química e a termodinâmica se unem num único dispositivo.
Os sistemas PV-T híbridos já superam os sistemas fotovoltaicos ou solares térmicos autónomos, porque a sua eficiência global é mais elevada. Ao dividir o espetro, o NANOSPLIT levou esta vantagem mais longe, aproveitando todo o espetro solar e mantendo as células a temperaturas mais baixas.
O NANOSPLIT encontrou uma forma de contornar a principal fraqueza dos sistemas PV-T de concentração: o sobreaquecimento das células solares. Os seus nanofluidos híbridos de folhas de óxido de zinco e nanopartículas de ouro dividem a luz solar, enviando a luz visível e o infravermelho próximo para as células e os comprimentos de onda ultravioleta e infravermelhos para os componentes térmicos. O projeto terminou em 2023 e o trabalho sobre nanofluidos de pontos de carbono e aplicações de calor industrial continua.
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