Janelas fotovoltaicas que podem gerar e armazenar energia

Um dos "problemas" no que toca à produção de eletricidade é o seu armazenamento. Existem várias soluções, mas a sua eficiência continua aquém do ideal. Na procura de novas formas para guardar energia, investigadores desenvolveram janelas inteligentes que além de a produzir também a conseguem armazenar.

Janela inteligentes que produzem e armazenam energia solar

Cientistas desenvolveram um novo tipo de janelas eletroquímicas inteligentes que, para além de se auto-alimentarem, podem também armazenar energia solar.

Além disso, também conseguem alterar a sua transparência em função das condições climatéricas para melhorar o conforto das divisões e reduzir os custos do ar condicionado interior.

O grupo de investigadores da Universidade de Henan (China) desenvolveu janelas fotovoltaicas produzidas com kesterite, capazes de regular a radiação luminosa e até de armazenar energia.

As janelas eletrocrómicas têm cristais revestidos com materiais especiais (como o óxido de tungsténio ou o óxido de níquel), que alteram a sua capacidade de transmissão de luz em resposta à tensão. Deste modo, controla-se a quantidade de luz e de calor que entra na divisão.

Trata-se de uma tecnologia ativa: é necessária uma descarga elétrica para o dispositivo alterar a sua opacidade.

Quais são as vantagens?

Foi demonstrado que os vidros eletrocrómicos podem compensar até 30% das necessidades energéticas do edifício. No entanto, por outro lado, requerem uma fonte de alimentação externa, o que limita consideravelmente a sua aplicação. É por isso que esta tecnologia tem sido integrada com a energia fotovoltaica ao longo dos anos.

As janelas inteligentes eletrocrómicas alimentadas por células solares são uma solução promissora para poupar energia, embora ainda tenham várias limitações. Uma delas é a cor: quando escurecidas, tornam-se azuis, o que reduz o conforto visual. Além disso, a adição de células solares de silício aumenta significativamente os custos de produção.

Janelas fotovoltaicas feitas de kesterite.

As novas janelas fotovoltaicas de kesterite da Universidade de Henan oferecem uma excelente solução. Em particular, a equipa, liderada por Guofà Cai, integrou uma janela eletrocrómica baseada em óxido bimetálico de níquel-cobalto (NiCoO2) com células solares de película fina CZTSSe. Este último é a versão cultivada em laboratório do mineral kesterite, um material com boas propriedades óticas e eletrónicas, elevada estabilidade e obtido a partir de elementos abundantes e não tóxicos.

É claro que o seu desempenho ainda não está ao nível do silício cristalino. Mas ainda só oferece rendimentos na ordem dos 12%.

As películas de NiCoO2, preparadas por deposição por banho químico, têm uma cor esteticamente neutra, o que pode melhorar o conforto visual dos residentes. E o mini-módulo fotovoltaico de 1,89 cm2, integrado no vidro, fornece uma fonte estável e eficiente da sua própria energia para o eletrocromismo.

Na imagem o exemplo de como esta tecnologia pode, durante o dia, armazenar energia, através da produção nas janelas, e usar a mesma durante a noite.

E onde está a "bateria"?

A janela integra também uma película de óxido de titânio (TiO2) como elétrodo auxiliar com excelentes propriedades de armazenamento de energia.

De facto, esta película de nanopartículas atua como uma camada de armazenamento de iões graças à sua boa capacidade de equilíbrio de cargas e à sua elevada transmitância.

Testada em condições normais de iluminação, a janela fotovoltaica de kesterite registou um consumo de energia de 318,3 mWh/m2 e uma eficiência global de 2,15%.

Segundo os cientistas, estes valores são comparáveis aos dos vidros solares atuais. Oferece igualmente uma excelente modulação ótica (56,0% a 550 nm) e uma velocidade de coloração rápida (17 s).

Os resultados do estudo foram publicados na revista Solar Energy Materials and Solar Cells e colocam a invenção na classe das janelas eletrocrómicas.