Energia Solar Fotovoltaica Concentrada

Energia Solar Fotovoltaica Concentrada: IBM Desenvolve Concentrador Solar com Sistema de Resfriamento Inspirado no Design Inteligente das Ramificações dos Vasos Sanguíneos Humanos

Energia Solar –  IBM, com o apoio da Comissão Suíça de Tecnologia e Inovação, vai desenvolver um sistema fotovoltaico acessível- HCPVT – com técnica de resfriamento inspirada no Design Inteligente das Ramificações dos Vasos Sanguíneos Humanos e capaz de concentrar a radiação solar 2.000 vezes

Energia Solar Fotovoltaica Concentrada – Projeto Artístico do Protótipo de Sistema HCPVT em desenvolvimento (crédito: IBM)

Energia Solar Fotovoltaica Concentrada – Projeto Artístico do Protótipo de Sistema HCPVT em desenvolvimento (crédito: IBM)

O protótipo do sistema HCPVT de energia solar usa um imenso disco parabólico, feito de muitas facetas de espelho, que estão ligadas a um sistema de rastreamento do sol  e um sistema de resfriamento dos chips fotovoltaicos inspirado no Design Inteligente das Ramificações dos Vasos Sanguíneos Humanos.

O sistema de rastreamento posiciona o disco com o melhor ângulo para captar a energia solar ou os raios do sol, que então refletem nos espelhos direcionando-os para os diversos microcanais receptores com chips fotovoltaicos resfriados de junção tripla.

Cada chip pode converter 200 watts, em média, ao longo de um dia típico de oito horas em uma região ensolarada convertendo 80 por cento de radiação em energia solar útil.

O sistema também fornecerá água dessalinizada e ar resfriado em locais com muita radiação, remotos, onde muitas vezes não há disponibilidade desta comodidade.

Um receptor completo de energia solar combina centenas de chips e fornece 25 quilowatts de energia elétrica. Os chips fotovoltaicos são montados em camadas micro-estruturadas que canalizam líquidos de refrigeração dentro de algumas dezenas de micrômetros distantes dos chips para absorver o calor e fazê-los 10 vezes mais eficaz do que refrigerar o ar passivamente.

Energia Solar – Sistema de Resfriamento Foi Inspirado no Design Inteligente das Ramificações dos Vasos Sanguíneos Humanos.

O líquido de arrefecimento mantém os chips quase na mesma temperatura para uma concentração solar de 2000 vezes podendo mantê-los em temperaturas seguras até uma concentração solar de 5.000 vezes.

A solução de resfriamento direto com pequena potência de bombeamento foi inspirada no design inteligente do sistema de abastecimento hierárquico ramificada do sangue do corpo humano. A solução já foi testada com total  sucesso por cientistas da IBM em computadores de alto desempenho, como o Aquasar.

“Microtecnologia utilizada na fabricação de chips de computadores é crucial para permitir uma super eficiente transferência térmica do chip fotovoltaico para o líquido de arrefecimento”, afirmam  os cientistas do projeto.

“Planejamos usar as células fotovoltaicas de tripla-junção em um módulo de refrigeração de microcanal que pode diretamente converter mais de 30 por cento da radiação solar coletada em energia elétrica e permitir a recuperação eficiente de um adicional de 50% de calor.”

“Acreditamos que podemos conseguir isso com um design de energia solar muito prático que é feito de concreto leve e de alta resistência, que é usado em pontes. A parte óptica primária do HCPVT é composta por espelhos pneumáticos de baixo custo — é uma inovação frugal, mas baseia-se em décadas de experiência no campo da microtecnologia.”

“O projeto do sistema de energia solar é elegantemente simples, disse Andrea Pedretti, diretora de tecnologia da Airlight Energy. “Podemos substituir aço caro e vidro por concreto de baixo custo e simples folhas metalizadas pressurizadas.”

“Pequenos componentes de alta tecnologia, em particular os resfriadores de microcanais e os moldes, podem ser fabricados na Suíça, mas o restante da construção e montagem, serão feitas no local da instalação. O sistema é de custo competitivo e empregos são criados em ambas as regiões.”

Atingindo uma concentração elevada e um design radicalmente de baixo custo, os cientistas acreditam que eles possam alcançar um custo por área de abertura abaixo de US $250 por metro quadrado, que é três vezes menor do que os sistemas atuais comparáveis.

O custo nivelado de energia será menos de 10 centavos por quilowatt-hora (KWh). Para comparação, tarifas de revendas de energia elétrica na Alemanha atualmente são ainda maiores do que 25 centavos de dólar por KWh e o custo de produção em centrais de carvão é cerca de 5-10 centavos de dólar por KWh.

Energia Solar Concentrada – Dessalinização de Água e Suprimento de Ar Frio

Energia Solar -  Chip Fotovoltaico com Sistema de Resfriamento Inspirado no Design Inteligente das Ramificações dos Vasos Sanguíneos Humanos (crédito: IBM)

Energia Solar – Chip Fotovoltaico com Sistema de Resfriamento Inspirado no Design Inteligente das Ramificações dos Vasos Sanguíneos Humanos (crédito: IBM)

Os sistemas solares fotovoltaicos concentrados atuais apenas convertem radiação solar em energia elétrica e dissipam a energia térmica para a atmosfera.

Com  a abordagem de embalagens HCPVT, cientistas eliminam os problemas de superaquecimento dos chips solares, enquanto ao mesmo tempo fazem o reaproveitamento da energia redirecionando o calor para dessalinização de água e resfriamento de ambientes.

 No sistema HCPVT, em vez de aquecer o sistema, a água aquecida a 90 graus Celsius será usada para aquecer a água salgada que passa através de um sistema de destilação de membrana porosa onde é vaporizada e dessalinizada.

Tal sistema poderia fornecer 30-40 litros de água potável por metro quadrado de área de receptor por dia, em adição a geração de eletricidade com mais de 25 por cento de rendimento ou dois quilowatts horas por dia.

Isso é um pouco menos de metade da quantidade de água que a pessoa média precisa por dia, segundo as Nações Unidas, mas uma grande instalação com muitos HCPVTs poderia fornecer água suficiente para abastecer uma cidade.

O sistema HCPVT também pode fornecer ar condicionado através de um resfriador de adsorção térmica. Um  resfriador de adsorção é um dispositivo que converte calor em frio através de um ciclo térmico aplicado a um absorvente feito de gel de silicone.

Resfriadores de adsorção, com água como fluido de trabalho, podem substituir resfriadores de compressão, que estressam as redes elétricas em climas quentes, além disto utilizam fluidos de trabalho que são prejudiciais à camada de ozônio.

Os cientistas preveem sistemas HCPVT suprindo energia sustentável, ar condicionado e água potável em locais ao redor do mundo, incluindo o sul da Europa, a África, a península árabe, a parte sudoeste dos Estados Unidos, América do Sul e Austrália.

Locais de turismo remotos também são um mercado interessante, nomeadamente resorts em pequenas ilhas, como as Maldivas, Seychelles, Maurícias e Fernando de Noronha, desde que os sistemas convencionais exigem unidades separadas, com consequente perda de eficiência e aumento de custos.

Um protótipo do sistema HCPVT atualmente está sendo testado no centro de pesquisas da IBM em Zurique, Suíça. Protótipos adicionais serão construídos em outras partes da Suíça e outro países.

Como a IBM tem forte presença e unidades de pesquisas e desenvolvimento no Brasil, quem sabe a empresa não decide instalar e testar sistemas HCPVT no ensolarado Brasil bonito por natureza!!!

Fonte: http://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/40912.wss

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