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RECTENNAS SOLAR CELLS: GERAÇÃO DE ENERGIA SOLAR ABUNDANTE
Uma das tecnologias mais conhecida para obter energia através de captação de luz solar são as placas fotovoltaicas, também chamadas de painéis solares, mas elas poderão ser ultrapassadas, pois existe uma expectativa com relação à pesquisa e evolução de uma outra tecnologia que poderá ser muito mais eficiente: as Células Solares de Antenas Retificadoras (Rectennas Solar Cells) ou simplesmente nano Antenas.
RECTENNAS SOLAR CELLS
A criação da energia fotovoltaica abriu uma nova era na exploração da radiação solar para a produção de eletricidade. No entanto, o desenvolvimento da indústria fotovoltaica não é suficiente para cobrir a demanda do mercado por painéis solares devido à sua baixa eficiência (cerca de 20%).
Isso ocorre porque cada fóton em células solares semicondutoras (fotovoltaicas) produz par de lacunas de elétrons para gerar energia elétrica e o dispositivo absorve apenas os fótons. Isso limita a eficiência de conversão em dispositivos reais. Portanto, tecnologias mais baratas e de maior eficiência são necessárias para o mercado de energia solar.
A solução alternativa parece caminhar para a substituição das atuais células solares por antenas ópticas integradas a diodos, formando uma antena retificadora (rectenna), usando a natureza da onda eletromagnética, cuja eficiência pode chegar a 90%.
Enquanto as tradicionais células fotovoltaicas (painéis solares) absorvem os raios da luz solar, as nano Antenas (rectennas nanométricas), graças às suas dimensões minúsculas, vão muito além e conseguem interagir com moléculas e átomos (elas são tão pequenas que numa superfície plana de um metro quadrado cabe dezenas de milhões de nano Antenas).
Elas captam as ondas eletromagnéticas e são capazes de explorar os raios infravermelhos, visíveis e ultravioletas (dependendo da frequência para as quais são feitas), espectros cuja absorção da energia emanada por eles era, até então, um desafio para os cientistas. Os raios ultravioletas, por exemplo, têm uma frequência de onda muito maior, causam vibração na molécula, excitação dos elétrons e reações químicas, por isso são muito mais energéticos.
A energia recebida pela nano Antena é então passada para um nano Diodo que atua como um retificador para converter a energia em forma de Corrente Alternada (AC) para Corrente Contínua (DC).
Uma das vantagens das nano Antenas é que elas podem captar energia numa faixa bastante larga de frequência, enquanto as células fotovoltaicas trabalham numa faixa estreita. Além disso, elas podem ser desenvolvidas visando diferentes faixas do espectro, isso é muito importante, pois a energia do sol chega na terra numa ampla faixa de frequência que inclui o infravermelho, visível e ultravioleta, numa quantidade significante.
A ENERGIA DO SOL
O sol é a nossa maior fonte de energia. Conforme o balanço energético, do total de irradiância solar incidente no topo da atmosfera do nosso planeta, 55% alcança a superfície terrestre, pois, quase a metade é atenuada da seguinte forma: 20% são refletidas por nuvens; 6% são refletidas pela atmosfera; 16% são absorvidas pela atmosfera; e 3% são absorvidas por nuvens.
A quantidade de energia solar que incide na terra em um dia equivale ao consumo de 27 anos de energia, mesmo considerando que nem toda energia irradiada pelo sol (que atinge nosso planeta) chega à superfície.
A disponibilidade da energia solar depende da localização (incluindo latitude e elevação), estação do ano, hora do dia, cobertura de nuvem e outras condições meteorológicas.
A África é o continente que mais recebe energia solar. No entanto, é o Brasil o país que, isoladamente, mais recebe essa energia.
O espectro solar consiste das radiações Ultravioleta (3 a 5%), Visível (42 a 43%) e infravermelho (52 a 55%).
As Rectennas Solar Cells podem ser desenvolvidas para captar energia em qualquer dessas faixas, dependendo da banda de frequência que for escolhida.
No entanto, ainda há desafios a serem vencidos para que ocorra o “BREAKTHROUGH” nessa tecnologia e ela atenda às demandas de um mercado massivo e popular.
DESAFIOS E EXPECTATIVAS PARA AS RECTENNAS SOLAR CELLS
Vários governos, academias e empresas estão realizando esforços para pesquisar, desenvolver e industrializar nano Antenas e nano Diodos. Os principais desafios no final desta corrida estão na escolha de materiais mais adequados para cada faixa de frequência e de processos e tecnologias para a produção industrial em escala.
Rectennas Solar Cells já existem em laboratórios. Resultados já estão sendo apresentados para prováveis industrialização e transformação das pesquisas em produtos em poucos anos.
É aí que entra em cena avanços feitos pela equipe de Brian Willis, professor de engenharia da Universidade de Connecticut em Storrs, junto com um grupo da Pennsylvania State University em Altoona, ambos nos Estados Unidos.
Trata-se de um processo de fabricação inovador que promete ser uma forma eficiente e barata de produzir nano antenas solares, a ponto de permitir que a energia solar seja mais barata desde o início do que os combustíveis fósseis.
“Na Georgia Tech foi desenvolvida uma combinação de antena de nano tubo de carbono e retificador de diodo para produzir eletricidade a partir da luz solar e de outras fontes”, disse a Universidade, acrescentando: “A mesma tecnologia usada nas rectennas também poderia converter diretamente energia térmica em eletricidade”.
O professor da Universidade do Missouri, Patrick Pinhero, juntamente com uma equipe do Laboratório Nacional de Idaho e o professor da Universidade do Colorado, Garrett Moddel, desenvolveram uma maneira de coletar a luz solar e o calor do sol em uma folha solar de filme fino flexível. A equipe observa que, embora a tecnologia solar tradicional negligencie grande parte do espectro eletromagnético solar, sua tecnologia captura mais desse espectro, aumentando imensamente a eficiência.
As nano antenas, por outro lado, podem ser ajustadas para captar comprimentos de onda específicos dependendo da sua forma e tamanho. Essa flexibilidade possibilitaria criar folhas de nano antena de dupla face que captam energia de diferentes partes do espectro solar, diz Novack do Laboratório Nacional de Idaho.
Há até uma série de produtos derivados que podem resultar dessa tecnologia, incluindo sistemas aprimorados de identificação de contrabando para aeroportos, sensores para biotecnologia e aplicações militares, computação óptica, telecomunicações e até mesmo atuar como dispositivos de resfriamento que extraem calor residual de edifícios ou eletrônicos sem usar eletricidade, pois as Rectennas Solar Cells podem ser usadas tanto para absorver quanto para emitir energia.
Recentemente, tivemos o “BREAKTHROUGH” tecnológico em dispositivos para armazenamento de energia (Baterias etc) e para a geração de energia (Green Hydrogen). Os seres humanos precisam, também, de tecnologia eficiente e barata para aproveitar a maior quantidade de energia disponível em nosso planeta: a IRRADIÂNCIA SOLAR.
As Rectennas Solar Cells não são apenas promissoras e eficientes, elas são extremamente necessárias, pois, além dos combustíveis fósseis serem poluentes, eles são finitos e precisamos substituí-los antes que nossas vidas e nossa atividades fiquem comprometidas no planeta terra.
Este artigo foi escrito por Narcelio Ramos Ribeiro e publicado originalmente em Prensa.li.