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Cientistas descobrem forma simples e barata de capturar energia solar

Sistema converte em média 36% da energia solar incidente em eletricidade - que é maior do que o máximo teórico que poderia ser alcançado por células fotovoltaicas comuns.

 Cientistas norte-americanos descobriram uma nova maneira de concentrar o calor do sol sem o uso de espelhos. A novidade deve permitir uma forma mais simples e barata de aproveitar a energia solar.

O dispositivo criado foi descrito em um relatório na revista Nanoscale Research Letters, por Peter Bermel e outros pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT).

Um dos métodos tradicionais de aproveitamento da energia solar envolve o uso de células fotovoltaicas (PV), materiais que captam a luz solar e a transformam em eletricidade.

Outros métodos térmicos solares usam uma matriz de espelhos para focar e concentrar a luz solar, o suficiente para ferver a água e executar uma turbina a vapor para gerar eletricidade.

Uma terceira abordagem menos comum é a utilização de dispositivos chamados termofotovoltaicos (TPV, sigla em inglês). Que são dispositivos no estado sólido, que geram eletricidade diretamente a partir do calor emitido pelo sol ou qualquer outra fonte de calor radiante, como combustível.

O princípio básico de seu funcionamento é semelhante ao das células fotovoltaicas tradicionais com a diferença que o calor radiante não é absorvido diretamente pelo material fotovoltaico, mas sim por um absorvente seletivo na sua camada superior, fazendo com que emitam luz, que é então convertida em eletricidade pela célula fotovoltaica.

Bermel explica que se você colocar um material de absorção de luz e calor comum, de cor escura, em luz solar direta, "não pode ficar muito mais quente do que água fervente", porque o objeto irá irradiar calor quase tão rápido quanto irá absorvê-lo.

Mas para gerar energia de forma eficiente, você precisa de temperaturas muito mais elevadas do que isso. Ao concentrar a luz solar com espelhos parabólicos ou uma grande variedade de espelhos planos, é possível obter temperaturas muito mais elevadas - mas às custas de um sistema muito maior e mais complexo.

"O que eu estou procurando é uma alternativa para esse paradigma concentrando a luz solar térmica", diz Bermel. A proposta é capturar a luz e refleti-la de volta ao material.

O resultado, diz ele, é que o dispositivo pode absorver tanto calor como um objeto preto padrão, mas "na prática, podemos deixá-lo extremamente quente, e não irradiar grande parte desse calor", explicou.

Para a operação eficiente do sistema TPV, o material que absorve e emite radiação de calor deve operar em altas temperaturas, o que significa que estes dispositivos solares também requerem o uso de espelhos para concentrar a luz do sol e assim fornecerem temperaturas razoáveis.

Os pesquisadores do MIT descobriram uma maneira de construir dispositivos TPV solares sem a necessidade de grandes e caros espelhos para concentrar a luz do sol.

Eles conseguiram isso usando o chamado cristal fotônico e adequando sua estrutura de tal forma que o calor absorvido é impedido de escapar do material. Assim é possível atingir temperaturas muito altas.

Isso, dizem os pesquisadores, é um pouco parecido com o efeito estufa, onde a radiação infravermelha emitida pela superfície da Terra é impedida de escapar, pelos gases de efeito estufa, assim, o calor fica preso e o planeta aquecido.

No caso dos dispositivos TPV, esse bloqueio é feito por uma série de furos microscópicos precisamente espaçados, no cristal fotônico, que permite que os raios caiam dentro de uma faixa muito pequena de ângulos para escapar, enquanto o restante permanece no material, aquecendo-o.

Segundo os pesquisadores, a geometria - precisamente projetada do material fotônico, preferencialmente emite luz em uma direção e comprimento de onda que é ideal para a conversão fotovoltaica.

Isso permite que o dispositivo converta em média 36% da energia solar incidente em eletricidade - que é maior do que o máximo teórico que poderia ser alcançado pelas células solares fotovoltaicas tradicionais.

"Em grande escala [o sistema], é eficiente o suficiente para competir com as formas mais convencionais de energia. Esta é uma alternativa para concentradores", declarou Bermel. Segundo o relatório, estes dispositivos TPV podem ser fabricados usando tecnologia de fabricação-padrão de chip.

Nova estratégia para renováveis motiva recados ao Governo

Numa altura que é de crise, o Governo decidiu voltar a fazer as contas às renováveis e mudar de estratégia. Questionado pelo AmbienteOnline quanto ao futuro das renováveis, Henrique Gomes, secretário de Estado da Energia, é peremptório: «Vamos abandonar tecnologias não maduras e não eficientes, porque não é possível suportar os sobrecustos.

É o que se passa, por exemplo, com o fotovoltaico. Estas renováveis emergentes devem ser apoiadas em programas muito específicos de investigação», revelou. E admite que o Governo tem estimulado as empresas a deixar a especialização no fotovoltaico e a apostar na eficiência energética.

O novo rumo da estratégia não caiu bem nas associações do sector. «Não se podem tomar medidas avulso que têm consequências muito graves para o sector e não só. A Secretaria de Estado da Energia deveria de uma vez por todas realizar o planeamento energético do País», considera António Sá da Costa, presidente da Associação de energias Renováveis – Apren. Segundo o responsável, desenvolveu-se um tecido empresarial baseado num pressuposto que agora deixa de existir.

«Que haja um hiato é perfeitamente aceitável, desde que não comprometa os compromissos assumidos. No caso do solar há um conjunto de investidores que se propuseram a desenvolver projectos.-piloto com a esperança que a tecnologia fosse vingar», lembra. António Sá da Costa defende que a política não pode ser feita por «saltos descoordenados» e com «cortes a direito», até porque há muitos postos de trabalho em causa.

Os impactes indirectos desta decisão, diz, vão afectar a desejada quebra nas importações energéticas, para além de um descrédito que se instala, com repercussões nos mercados internacionais para onde as empresas já começaram a exportar.

Apesar de Custódio Miguéns ressalvar que o cluster para a Energia EnergyIn não faz declarações em termos de políticas energéticas, o responsável diz entender que o Governo tenha que moderar os gastos que Portugal tem com energia. «O que acho é que o Governo também tem que ter o cuidado de criar um mercado interno minimamente desenvolvido para apoiar as empresas que estão a produzir bens transaccionáveis para as apoiar no momento em que elas são criadas. Qualquer empresa só se vai lançar na exportação depois de ter demonstrado em Portugal que os produtos funcionam. Seria de boa política económica criar um pequeno mercado para proteger as empresas em fase nascente», defende.

Apisolar contra metas da micro e minigeração

Maria João Rodrigues, presidente da Apisolar, sublinha que não a choca o anúncio do Governo, até porque a associação defende centrais associadas a pontos de consumo, e a julgar pela recente portaria nº 285/2011, a mini e microgeração continuam activas.

A apisolar estima que 40 a 50 por cento dos painéis solares fotovoltaicos instalados em 2011 sejam de fabrico nacional. Num contexto global de excesso de oferta, a contração de 47 por cento do mercado nacional de micro e miniprodução preocupa as empresas nacionais, que apresentam já um perfil exportador acentuado. «A eventual reafectação de potência entre os regimes da micro e miniprodução poderá minimizar os efeitos negativos já que se espera uma penetração de produtos extra-comunitários mais acentuada no regime da miniprodução do que do regime da microprodução», diz a associação em comunicado.

Ainda assim, a associação diz-se preocupada: «Se as tarifas são aceitáveis face à evolução dos preços, já as metas são altamente redutores», diz Maria João Rodrigues. A APISOLAR considera «excessiva e preocupante» a contração de 60 por cento do volume de mercado da microgeração.

«A confirmar-se a expectativa de excesso de procura face à oferta de licenças de microgeração, considera a Apisolar que as metas dos regimes da micro e miniprodução devem ser entendidas de modo integrado e flexível, procedendo-se periodicamente à reafectação de quotas entre os regimes, de acordo com os perfis de procura efectivamente verificados», sublinha a associação.