Hidrogel reduz aquecimento e aumenta em 13% a eficiência de painéis solares

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Tecnologia barata de Hong Kong elimina "pontos quentes" causados por sombras em painéis solares e aumenta produção de energia em 13%

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O revestimento de hidrogel para painéis solares desenvolvido pela PolyU aumenta a eficiência da geração de energia • PolyU/Divulgação

Embora a energia solar continue figurando como uma das protagonistas na transição para um futuro sustentável, ela enfrenta um paradoxo físico, raramente explicado ao público leigo: quanto maior a temperatura, menor a capacidade da célula de converter luz solar em eletricidade.

Esse cenário pode parecer contraditório, mas não é, pois os painéis fotovoltaicos não funcionam como motores térmicos, isto é, eles “gostam” de luz, mas não de calor. Por isso, um dos grandes desafios atuais para a indústria é o surgimento de “hot spots”, ou pontos de superaquecimento, em uma tradução contextual para o português.

O fenômeno acontece quando uma célula do painel solar passa a produzir menos energia que as demais e passa a atuar como uma resistência elétrica. Ou seja, em vez de gerar eletricidade, esse ponto fotovoltaico problemático consome a energia produzida pelas unidades vizinhas, dissipando-a na forma de calor excessivo.
Esse superaquecimento localizado — originado pelo sombreamento parcial causado por folhas, sujeira, dejetos ou edifícios vizinhos — não apenas derruba a produção energética de todo o sistema, mas pode causar danos físicos irreversíveis, como rachaduras no vidro, derretimento de componentes e até mesmo incêndios

Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade Politécnica de Hong Kong (PolyU) apresentou uma solução que promete não só neutralizar esse problema de forma simples e barata, como também aumentar a eficiência da produção de energia: um hidrogel inspirado na transpiração humana.

Uma pele de gel que transpira

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Liderada pelo professor Jerry Yan e por Liu Junwei, a equipe desenvolveu um revestimento que combina dois componentes principais. O primeiro — uma base de hidrogel — é uma rede tridimensional de polímeros (cadeias de moléculas). A principal característica dessa estrutura é absorver e reter grandes quantidades de água.

O segundo componente, que funciona como reforço, é um nanocompósito de caráter estrutural. Esse material é composto por partículas sólidas minúsculas (tão pequenas que não podem ser vistas nem com microscópios comuns) que são dispersas dentro dessa rede.

Em outras palavras, é como se você tivesse uma rede de pesca feita de elástico (o hidrogel). Se você puxar muito, ela rasga. Mas, no nanocompósito, você incorpora pequenos grãos de areia — que, no caso real, são óxidos metálicos de alumínio e de zinco — que dão ao gel força extra, para não se romper ou quebrar, mesmo sendo esticado ou amassado.

A “mágica” acontece no ciclo de funcionamento do hidrogel, pois, junto aos componentes metálicos de resfriamento, são adicionados sais higroscópicos (atraidores de água). À noite, esse material absorve a umidade do ar, armazenando água em sua estrutura.

Mas, quando amanhece e o sol aquece o painel, a água armazenada no hidrogel evapora. Esse processo de evaporação remove calor da superfície do painel, reduzindo drasticamente a temperatura. Além disso, uma rede interna de fios de algodão, com padrões inspirados em folhas, age como um sistema de microcanais, movendo a água para as áreas mais quentes do painel.

Resultados dos testes com hidrogel e aplicações práticas da tecnologia

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Equipe da PolyU que desenvolveu o revestimento de hidrogel para placas solares • PolyU/Divulgação

Nos testes realizados pela PolyU, a aplicação do hidrogel resultou em uma redução de temperatura dos pontos de superaquecimento em até 16°C. Como resultado direto desse resfriamento, a produção de energia do painel aumentou em até 13%. A tecnologia “aborda efetivamente os problemas dos hot spots sem a necessidade de modificar os circuitos existentes", explicou o professor Yan.

Além de ajudar o painel a recuperar parte da eficiência perdida, o revestimento também reduz o impacto das variações extremas de temperatura, prolongando sua vida útil. Com uma camada externa de polímero que repele poeira, o material contribui para a autolimpeza do módulo.

A inovação surge em um momento particularmente estratégico para a expansão da energia solar nas cidades. Como, nesses ambientes urbanos, a sombra é inevitável, a perda de eficiência dos painéis solares tem sido um problema econômico relevante para o setor.

mbora o estudo não divulgue o custo da tecnologia, os pesquisadores estimam que o aumento de eficiência permitiria recuperar o investimento (payback) em um prazo extremamente curto: cerca de 4,5 anos em locais como Hong Kong e pouco mais de 3 anos em regiões com alta irradiância e umidade, como Singapura (e potencialmente o Brasil).

Ao contrário dos hidrogéis convencionais, o novo material mantém maior estabilidade estrutural, menor encolhimento e menos rachaduras após uso prolongado. “Olhando para o futuro, esperamos expandir essa tecnologia de resfriamento evaporativo com hidrogel para impulsionar o desenvolvimento e a popularização de tecnologias fotovoltaicas emergentes”, conclui Liu.

Fonte: https://www.cnnbrasil.com.br/tecnologia ... g_rewarded

[Coldhx]

mbora o estudo não divulgue o custo da tecnologia

É aqui que muitas inovações que prometem mais eficiência falham.
Os paineis solares estão a preços tão acessíveis que compensa mais comparar paineis e adicionar logo 450~600W por painel, do que gastar dinheiro para ter ganhos de 13% (65W num painel de 500W).

Números redondos: 100€ por 500W dá 0.20€/W, logo este hidrogel tinha de ter um custo inferior por painel a 0.20 * 60W = 12€ para compensar.

[helioneves]

o artigo diz que "quando uma célula produz menos energia que as suas vizinhas, e passa a actuar como receptor em vez de gerador"... a solução é muito simples: cada célula seria colocada atrás de um díodo de maneira a evitar que a corrente "recuasse" para ela... julgo que devem ter uma capacidade suficientemente avançada de o fazer, e resolviam simplesmente o problema...

[Coldhx]

o artigo diz que "quando uma célula produz menos energia que as suas vizinhas, e passa a actuar como receptor em vez de gerador"... a solução é muito simples: cada célula seria colocada atrás de um díodo de maneira a evitar que a corrente "recuasse" para ela... julgo que devem ter uma capacidade suficientemente avançada de o fazer, e resolviam simplesmente o problema...

É uma boa ideia e já é feito, mas não ao nível individual de cada célula por razões económicas e de eficiência.
Geralmente o painel é dividido em grupos de células, e cada grupo tem o seu bypass diode. O problema não fica completamente mitigado, mas é um compromisso prático.

[helioneves]

você é que é o homem das contas e dos números, pode fazer os cálculos;
o que fica mais barato?
usar o tal gel ou usar díodo em cada "foto-led"?
{ desculpem, mas há muito tempo que deixei de seguir/acompanhar o que se vai fazendo a nível de painéis fotovoltaicos... eu "fiquei" no tempo em que consistia num LED fabricado de modo especial para gerar corrente em vez de a consumir... li umas coisas há uns tempos que falava qualquer coisa em gerar electricidade a partir do calor residual do painel ( isto durante a noite em que não há luz do sol ), mas mais nada... }