Os geradores de células termofotovoltaicas (TPV) utilizam o efeito fotovoltaico para transformar calor em eletricidade, conectando-se perfeitamente a diversas fontes de calor, como fluxos de calor residual de alta temperatura, eletricidade renovável variável, combustíveis e sistemas de energia solar térmica concentrada. Em TPV, a emissão radiante é direcionada para a célula fotovoltaica do lado frio, facilitando a transferência de calor para o emissor térmico. Estratégias como refletir ou suprimir a radiação térmica de baixa energia (fora da banda) reduzem a entrada de calor, enquanto a absorção de fótons de alta energia (dentro da banda) na célula gera pares elétron-lacuna.
Este processo de conversão oferece uma opção de geração de energia silenciosa próxima ao ponto de uso, apresentando vantagens sobre geradores convencionais e ciclos de potência tradicionais. A tecnologia inovadora não só permite a utilização de calor de baixa qualidade, antes considerado um resíduo, para aquecimento de ambientes, como também facilita a produção de água quente sanitária. A revolucionária célula termofotovoltaica, que representa um novo tipo de célula solar que converte energia térmica em energia elétrica, tem o potencial de revolucionar a geração de eletricidade, melhorando a eficiência e o respeito ao meio ambiente.
Quais são os materiais usados nas células TPV?
As células TPV com banda proibida estreita incluem antimoneto de gálio (GaSb), arseneto de índio e gálio (InGaAs) e vários outros materiais, como germânio (Ge) e arseneto de índio (InAs). Também incluem arseneto de índio e gálio antimoneto (InGaAsSb), fosfeto de arseneto de índio antimoneto (InAsSbP) e fosfeto de arseneto de índio e gálio antimoneto (InGaAsSbP).
Veja também: O que é um wafer em sistemas fotovoltaicos?
Como funcionam as células TPV?
Em contraste com os sistemas solares fotovoltaicos, os sistemas termofotovoltaicos (TPV) podem operar por períodos prolongados em uma temperatura de aquecimento do radiador mais baixa. Composto por quatro componentes cruciais, este sistema inclui
- um gerador que produz energia térmica através da combustão de combustível,
- um radiador que converte energia térmica em Espectro de emissão,
- um filtro alinhando o espectro de emissão com uma célula TPV, e
- a célula TPV convertendo radiação de fótons em energia elétrica.
O desempenho de cada componente foi minuciosamente analisado, com foco especial na célula TPV — o elemento crucial que converte diretamente a radiação de fótons em eletricidade. A célula TPV funciona absorvendo calor e transformando-o em luz , que é então convertida em energia elétrica. Esse processo se assemelha ao de uma célula solar convencional, mas se mostra mais eficiente do que as células solares tradicionais que convertem diretamente a luz solar em eletricidade. Notavelmente, a eficiência de uma célula termofotovoltaica depende da temperatura da fonte de calor, sendo que temperaturas mais altas resultam em maior eficiência.
Veja também: O que é um sistema de energia solar térmica concentrada?
Quais são os usos das células TPV?
As células termofotovoltaicas apresentam uma variedade de aplicações:
1. Usinas de Energia
Essas células são uma opção atraente para geração de energia em usinas de energia, capazes de converter eletricidade de qualquer fonte de calor.
2. Automóveis
As células termofotovoltaicas, ao fornecerem uma fonte de energia, têm o potencial de melhorar a eficiência e o respeito ao meio ambiente dos veículos elétricos.
3. Nave espacial
A aplicação inclui naves espaciais onde células termofotovoltaicas podem gerar eletricidade, reduzindo a dependência dos recursos da Terra.
4. Eletrônicos Portáteis
As células termofotovoltaicas têm o potencial de alimentar dispositivos eletrônicos portáteis, como laptops e celulares.
5. Selos automotivos e industriais
As vedações automotivas e as vedações de tubulações, particularmente em ambientes que exigem resistência ao calor até 120 graus Celsius, são exemplos de aplicações. Os TPVs com valores de dureza Shore entre 45A e 45D são ideais para aplicações automotivas sob o capô que exigem maior resistência à temperatura e ao óleo.
Recomendado: O que é uma célula fotoelétrica?
