Metal preto melhora em 15 vezes eficiência dos painéis solares termoelétricos
[Imagem: J. Adam Fenster/University of Rochester]
Energia termossolar
Os materiais termoelétricos são considerados uma rota interessante rumo à energia limpa porque conseguem converter calor diretamente em eletricidade, sem geradores, sem turbinas ou qualquer outro aparato mecânico.
Especificamente os geradores solares termoelétricos, ou termofotovoltaicos, são interessantes porque podem complementar o mecanismo atual de captação de energia solar capturando uma parte da energia do Sol que os painéis solares fotovoltaicos não conseguem.
Mas faltava resolver um problema: Os painéis solares termoelétricos disponíveis hoje convertem menos de 1% da energia solar em eletricidade, em comparação com mais de 20% dos sistemas residenciais de painéis fotovoltaicos.
Agora, Tianshu Xu e colegas da Universidade de Rochester, nos EUA, superaram largamente essa deficiência, construindo um gerador solar termoelétrico que é 15 vezes mais eficiente do que os anteriores, abrindo o caminho para novas tecnologias de energia renovável.
“Há décadas, a comunidade de pesquisa se concentra no aprimoramento dos materiais semicondutores usados em geradores solares termoelétricos, obtendo ganhos modestos na eficiência geral,” comentou o professor Chunlei Guo. “Neste estudo, nem sequer abordamos os materiais semicondutores; em vez disso, focamos nos lados quente e frio do dispositivo. Ao combinar melhor absorção de energia solar e retenção de calor no lado quente, com melhor dissipação de calor no lado frio, obtivemos uma melhora impressionante na eficiência.”
[Imagem: Tianshu Xu et al. – 10.1038/s41377-025-01916-9]
Metais pretos e estufa
Os novos geradores solares termoelétricos de alta eficiência foram projetados com três estratégias.
Primeiro, no lado quente, o lado do coletor que fica voltado para o Sol, os pesquisadores usaram uma tecnologia especial de colorir metais que a equipe desenvolve há mais de uma década – eles já fabricaram até um ouro literalmente preto. Agora, eles usaram a técnica para usar esse enegrecimento para aumentar a absorção de energia solar do material, reduzindo também a dissipação de calor em outros comprimentos de onda.
Em segundo lugar, os pesquisadores cobriram o metal preto com um pedaço de plástico para criar uma miniestufa, uma estrutura que aprisiona o calor. “Você pode minimizar a convecção e a condução para reter mais calor, aumentando a temperatura no lado quente,” disse Guo.
Por fim, no lado frio do gerador, a técnica de enegrecimento foi usada para escurecer alumínio comum, criando um dissipador de calor que melhora a dissipação de calor por radiação e por convecção. Esse processo dobrou o desempenho de resfriamento em comparação com um dissipador de calor de alumínio comum.
O aparato todo aumentou o peso do gerador termoelétrico em cerca de 25%, mas o ganho em eficiência de 15 vezes, aproximando-se da eficiência dos painéis fotovoltaicos, superou muito esse custo.