Pesquisadores do Conselho Nacional de Pesquisa (CNR) da Itália apresentaram uma nova e promissora tecnologia no campo da energia solar: uma telha fotovoltaica de quatro terminais (4T) que emprega um método inovador de divisão espectral. O objetivo é direcionar porções específicas do espectro solar para as células mais adequadas para convertê-las em eletricidade, otimizando o desempenho e a eficiência.

O sistema foi projetado para enviar a luz visível para uma célula de arsenieto de gálio (GaAs) e a radiação infravermelha para uma célula de silício bifacial. Esta abordagem visa maximizar a captação de energia solar, incluindo a luz refletida do solo, e minimizar o sombreamento.

Inovação no Design Óptico e Componentes

A principal inovação desta telha solar reside em seu núcleo óptico. Floriana Morabito, autora correspondente do estudo, explicou a característica patenteada ao PV Magazine:

A inovação do novo design patenteado baseia-se no uso de um núcleo óptico em forma de prisma de vidro em ângulo reto. No geral, o núcleo óptico atua como um guia de luz através de uma combinação de reflexão interna total (TIR) na superfície superior e reflexões dicróicas nos espelhos.

Silvia Maria Pietralunga, coautora, detalhou como o design otimiza a coleta de energia:

O design óptico é tal que a parte traseira da célula de silício bifacial de banda estreita (NBG) fica voltada para o sul, aumentando a coleta de irradiação de albedo. Ao mesmo tempo, a orientação de 90 graus da célula de GaAs de banda larga (WBG) minimiza o uso do solo e o auto-sombreamento do módulo.

A pesquisa foi detalhada no estudo intitulado “Validação experimental e avaliação numérica de telha fotovoltaica 4T de divisão espectral com capacidades bifaciais não convencionais e sombreamento minimizado”, publicado na revista Solar Energy.

A telha de junção dupla foi construída em torno de um prisma de cunha em ângulo reto, feito de vidro Schott N-BK7. Ela integra uma célula de GaAs de 2,0 cm × 2,0 cm com 20% de eficiência e uma célula de heterojunção (HJT) de silício bifacial de 6,8 cm × 2,0 cm com aproximadamente 24% de eficiência e 90% de bifacialidade. Para reduzir as perdas ópticas, as superfícies inferior e traseira do prisma foram revestidas com material antirreflexo.

A divisão espectral é alcançada com espelhos dicróicos complementares de passagem longa e passagem curta, projetados para um ângulo de incidência de 45 graus e um comprimento de onda de corte de 805 nm. Este comprimento de onda foi escolhido por corresponder ao ponto de cruzamento das curvas de eficiência quântica externa das células de silício e GaAs, garantindo que cada célula receba a porção mais adequada do espectro.

Os pesquisadores também desenvolveram um suporte personalizado de duas partes, fabricado por impressão 3D em resina, para integrar o prisma, os espelhos, a célula de silício e a célula de GaAs encapsulada em uma única estrutura. Eles observaram que o protótipo montado apresenta pequenas diferenças em relação ao design óptico ideal devido a inevitáveis lacunas de ar entre os componentes, o que resulta em perdas ópticas adicionais.

Testes de Campo e Resultados Promissores

A equipe realizou a caracterização da telha fotovoltaica 4T ao ar livre nos laboratórios do CNR-IMM em Catânia, Itália, em um terraço com piso cerâmico. Os testes seguiram amplamente os princípios da norma IEC 60904-2, embora os pesquisadores tenham ressaltado que a conformidade total não foi possível devido ao design inovador 4T, que difere dos módulos fotovoltaicos convencionais.

Os testes foram conduzidos em quatro dias ensolarados entre o final de maio e meados de julho de 2025, das 9h às 17h. Três piranômetros mediram a irradiação horizontal global, a irradiação frontal inclinada e a irradiação refletida que atinge a parte traseira, em intervalos de cinco segundos. Dois espectrorradiômetros também mediram a irradiação espectral horizontal global e normal direta na faixa de comprimento de onda de 300 nm a 1.100 nm.

Os resultados dos testes de campo foram comparados com simulações de um dispositivo ideal operando em condições ótimas. Enquanto o design ideal manteve uma relação de potência óptica superior a 90% em uma ampla gama de ângulos de incidência, o protótipo fabricado atingiu um máximo de aproximadamente 62%.

No entanto, as medições externas revelaram uma corrente normalizada relativamente estável da célula de silício, com valores atingindo o pico por volta do meio-dia solar e melhorando ligeiramente à medida que a telha era posicionada mais perto do solo. A célula de GaAs não foi essencialmente afetada pela altura de instalação, mas demonstrou maior variação ao longo do dia devido à sua aceitação angular mais restritiva, com a produção também atingindo o pico ao meio-dia.

Morabito destacou um ganho significativo:

Um aumento claro de cerca de 7% na fotocorrente medida é obtido em condições externas para uma célula de Si bifacial com 23% de eficiência, pela manhã e no final da tarde, por volta do solstício de verão a 37°30’ N. A fotocorrente máxima foi constante com a distância do solo, e o melhor aumento na operação bifacial foi obtido a uma altura de 19 cm.

Esses resultados indicam que a arquitetura 4T pode reduzir o auto-sombreamento e melhorar o uso da radiação refletida do solo, com a operação bifacial se beneficiando particularmente de alturas de instalação relativamente baixas.

Perspectivas Futuras e Impacto Potencial

Os pesquisadores veem um grande potencial para esta nova tecnologia. Pietralunga enfatizou a viabilidade econômica e as oportunidades de mercado:

A solução 4T apresentada aqui pode se mostrar economicamente sustentável de uma perspectiva global, pois proporciona maior eficiência por unidade de área, exigindo suportes mecânicos de baixo impacto. As perspectivas para superar os desafios atuais são promissoras, assim como o potencial para melhorias adicionais, o que poderia abrir oportunidades de mercado viáveis em um futuro próximo.

A capacidade de otimizar a conversão de diferentes comprimentos de onda da luz solar e de aproveitar a irradiação de albedo (luz refletida) pode representar um avanço significativo na eficiência e na adaptabilidade dos sistemas fotovoltaicos, especialmente em áreas com espaço limitado ou onde a otimização da área é crucial.

A pesquisa continua, com o objetivo de refinar o design, minimizar as perdas ópticas e explorar o potencial comercial desta tecnologia inovadora, que pode redefinir o futuro das telhas solares e da geração distribuída.

Leitura da LZ7 Energia

A inovação apresentada pelo Conselho Nacional de Pesquisa da Itália, com sua telha solar bifacial de divisão espectral, representa um avanço significativo que pode impactar diretamente a geração de energia solar e, consequentemente, a conta de luz dos consumidores. Ao otimizar o aproveitamento da luz solar e reduzir o auto-sombreamento, esta tecnologia promete maior eficiência por metro quadrado. Para o Norte Pioneiro do Paraná, onde a LZ7 Energia atua, a adoção de soluções mais eficientes e compactas pode ser crucial. Em regiões com espaços limitados ou para instalações residenciais e comerciais que buscam maximizar a produção de energia em uma área restrita, telhas com maior rendimento por unidade de área podem acelerar o retorno do investimento. Além disso, a capacidade de aproveitar a luz refletida do solo (albedo) pode ser particularmente vantajosa em ambientes urbanos ou rurais com superfícies claras, aumentando a geração total de energia e contribuindo para uma maior economia nas faturas de eletricidade. A LZ7 Energia acompanha de perto essas inovações, buscando sempre as melhores soluções para oferecer aos seus clientes, visando a sustentabilidade e a redução de custos energéticos na região.

Fonte: PV Magazine — Solar global — matéria original publicada em pv-magazine.com. Imagens e vídeos: PV Magazine — Solar global. Texto apurado e reescrito pela redação da LZ7 Energia.