Uma equipe de pesquisa liderada pela Universidade de Nanjing apresentou um concentrador solar transparente, incolor e unidirecional que pode ser aplicado diretamente sobre vidros de janelas padrão. Utilizando multissetores de cristal líquido quiral (CLC) com periodicidades laterais submicrônicas, este concentrador solar de tipo difrativo (CUSC) guia seletivamente a luz solar em direção à borda da janela, onde células fotovoltaicas estão instaladas. O estudo foi publicado na PhotoniX.
Diferente dos concentradores convencionais de luminescência ou dispersão, que frequentemente enfrentam distorções visuais, baixa eficiência e escalabilidade deficiente, o novo CUSC alcança difração e guia de ondas seletivas em relação à polarização, sem comprometer a clareza. O dispositivo mantém uma alta transmitância média visível (64,2%) e um índice de reprodução de cor (91,3), permitindo a geração de energia limpa sem alterar a aparência da janela.
“Ao projetar a estrutura dos filmes de cristal líquido quiral, criamos um sistema que difrata seletivamente a luz circularmente polarizada, guiando-a para o guia de onda de vidro em ângulos acentuados”, disse o Dr. Dewei Zhang, co-primeiro autor. “Isso permite que até 38,1% da energia da luz verde incidente seja coletada na borda.”
Experimentos mostraram que um protótipo de 1 polegada de diâmetro pôde alimentar diretamente um ventilador de 10 mW sob luz solar. Modelagens sugerem que uma janela CUSC típica de 2 metros de largura poderia concentrar a luz solar em 50 vezes, reduzindo significativamente a quantidade de células fotovoltaicas necessárias em até 75%. O sistema suporta a integração com células PV de alto desempenho, como arseneto de gálio, para uma conversão de energia aprimorada.
Os filmes multicamadas de CLC são fabricados por meio de técnicas de fotoalinhamento e polimerização, sendo escaláveis por meio de manufatura roll-to-roll. O design mantém-se estável sob exposição prolongada e pode ser adaptado para janelas existentes, promovendo upgrades sustentáveis em ambientes urbanos.
“O design do CUSC é um avanço na integração da tecnologia solar no ambiente construído sem sacrificar a estética”, disse o Professor Wei Hu. “Representa uma estratégia prática e escalável para redução de carbono e autossuficiência energética.”
Trabalhos futuros se concentrarão na melhoria da eficiência em largura de banda, controle de polarização e adaptação da tecnologia para estufas agrícolas e displays solares transparentes. A visão deles: transformar vidros passivos em superfícies ativas geradoras de energia em todo o mundo.
