Janela Inteligente Distribui Luz do Sol pelo Ambiente

A janela espalha a luz do Sol de forma controlada, levando a iluminação natural para a parte mais interna do ambiente. [Imagem: Harfmann/Heikenfeld]

Luz inteligente

Já existem janelas que se fecham quando detectam chuva, janelas que controlam a temperatura, e até janelas que regulam a luz e o calor de forma independente.

Mas e que tal uma janela que distribua a luz do Sol uniformemente por todo o ambiente?

Quando o Sol incide sobre uma janela comum, a parte interna do ambiente não é afetada diretamente, enquanto a parte mais próxima da janela fica com luz demais, geralmente forçando a fechar as persianas e deixar tudo escuro.

Anton Harfmann e Jason Heikenfeld, da Universidade de Cincinnati, nos Estados Unidos, incomodaram-se justamente com esse dilema e criaram uma solução para ele que batizaram de SmartLight - "luz inteligente", em tradução livre.

A técnica consiste em uma série de minúsculas células eletrofluídicas e uma série de dutos vazios que espalham a luz do Sol de forma controlada, levando a iluminação natural para a parte mais interna do ambiente e diminuindo o excesso de luz nas proximidades da janela.

Segundo os dois pesquisadores, a tecnologia pode ser aplicada a qualquer tipo de edificação, de pequenos apartamentos a prédios comerciais.

Com um projeto inteligente de vitrais é possível iluminar também ambientes internos. [Imagem: Harfmann/Heikenfeld]

Células eletrofluídicas

As células eletrofluídicas, cada uma medindo apenas alguns milímetros quadrados, conduzem pelos microcanais um líquido com propriedades ópticas especiais, similares às do vidro.

A tensão superficial do fluido pode ser rapidamente manipulada para formar lentes ou prismas, controlando a passagem da luz pela célula e permitindo dirigir a luz.

Uma janela com a tecnologia SmartLight consome entre 10.000 e 100.000 vezes menos energia do que uma lâmpada convencional, o que permite que as células eletrofluídicas sejam alimentadas por células solares incorporados na própria estrutura.

Os pesquisadores agora estão trabalhando em um aplicativo que permita que a luminosidade seja controlada à distância, por um sistema sem fios.

 

Novo Paradigma para Construção de Células Solares

Estrutura atômica do cristal de perovskita, que apresenta efeito fotoelétrico maciço para a luz visível.[Imagem: Felice Macera/University of Pennsylvania]

Efeito fotoelétrico maciço

Você sabia que existe um material que possui um efeito fotovoltaico muito superior ao apresentado pelos semicondutores usados atualmente na construção das células solares?

E não apenas um material, mas uma classe de materiais, uma classe de materiais que apresenta uma propriedade chamada efeito fotovoltaico maciço, ou em bruto.

As células solares atuais são feitas com materiais que apresentam o efeito fotoelétrico na interface entre dois materiais - essa interface é conhecida como junção p-n porque ela é formada por um material com excesso de cargas positivas e outro com excesso de cargas negativas.

Já no efeito fotovoltaico maciço, o fenômeno ocorre em toda a estrutura do material, e não apenas na sua borda ou na interface com outro tipo de material.

É claro que isso abre a possibilidade de construir células solares muito mais eficientes e muito mais compactas.

Ocorre que, até agora, só se conhecia materiais com efeito fotovoltaico em bruto sensíveis à luz ultravioleta, quando a maior parte da energia do Sol está na faixa visível e infravermelha do espectro.

Perovskitas

Agora, Ilya Grinberg e seus colegas das universidades da Pensilvânia e Drexel, ambas nos Estados Unidos, descobriram não o material ideal, mas um composto que mescla os efeitos fotoelétricos em bruto e na interface.

E o efeito fotoelétrico maciço ocorre justamente na porção visível do espectro eletromagnético.

A solução foi encontrada nas perovskitas, que vêm fazendo sucesso no campo das células solares nos últimos anos:

• Células solares de perovskita vieram para ficar

A equipe conseguiu sintetizar um cristal de perovskita que possui o arranjo atômico necessário para preservar as condições nas quais os dois efeitos fotovoltaicos se manifestam.

O material é uma cerâmica complexa, resultado da combinação de niobato de potássio e niobato de níquel-bário.

Os pesquisadores esperam que a perovskita permita romper com o chamado "limite de Shockley-Queisser", que impede o aumento da eficiência das células solares porque uma parte da energia dos fótons é perdida quando os elétrons têm que esperar sua vez para saltar de um material para outro na interface p-n.

Além de tirar proveito do efeito fotovoltaico maciço, torna-se possível também empilhar várias células solares, uma sensível a cada faixa de comprimento de ondas - isso pode ser obtido mudando a dosagem de cada um dos niobatos usados.

"Esta família de materiais é ainda mais notável porque ela é composta por elementos de baixo custo, não-tóxicos e abundantes na Terra, ao contrário dos compostos semicondutores utilizados atualmente na tecnologia de células solares de película fina," comentou o professor Jonathan Spanier, um dos coordenadores do grupo.