A fotovoltaica em comparação

A fotovoltaica é a técnica mais bem-sucedida para obter corrente a partir do entorno. Ela é ao mesmo tempo o padrão natural de comparação para a neutrinovoltaica — e a comparação vale a pena, porque mostra em que as duas abordagens realmente se distinguem.

Como trabalha uma célula solar

Um fóton incide sobre o silício e eleva ali um elétron acima da banda proibida de 1,12 elétron-volt. Um campo elétrico incorporado na junção p-n separa o elétron da lacuna que fica para trás, antes que os dois voltem a se encontrar. O portador de carga assim separado escoa em forma de corrente.

O processo é uma superfície — ele ocorre na face externa, em uma camada de poucos micrômetros.

Os limites são conhecidos

O notável na fotovoltaica é com que exatidão seus limites superiores estão calculados. William Shockley e Hans-Joachim Queisser deduziram em 1961 que uma célula simples pode aproveitar no máximo cerca de 33 por cento da luz solar.

A razão está no espectro. Os fótons com energia insuficiente não superam a banda proibida e se perdem. Os fótons com energia demais cedem o excedente em forma de calor. Só uma parte da luz se encaixa.

As células de silício atuais alcançam em laboratório quase 27 por cento; os módulos em campo, cerca de 20 a 23. A técnica está, portanto, perto de seu limite teórico — sinal de maturidade. Só se avança mais com células empilhadas para diferentes faixas espectrais, por exemplo silício com perovskita.

A única propriedade que determina tudo

A fotovoltaica precisa de luz. À noite ela não fornece nada, e isso não é uma insuficiência técnica, mas a definição do procedimento.

Na Alemanha resulta disso um grau de utilização de cerca de onze por cento ao longo do ano: uma instalação fornece em média um nono do que poderia a plena carga. O resto é noite, nuvem, inverno.

É exatamente aqui que entram todos os procedimentos da colheita de energia que não dependem da luz.

A diferença na abordagem

A equação mestra da neutrinovoltaica integra, em vez disso, sobre o volume, não sobre uma superfície. Essa é a diferença propriamente dita, e ela tem três consequências:

O rendimento deve crescer com o número de camadas, não com a superfície iluminada. A patente WO2016142056A1 reivindica de dez a vinte camadas alternadas de grafeno e silício, em particular doze.

A orientação desaparece. Uma instalação solar tem de apontar para o sul e ficar, se possível, inclinada. Um componente que responde a fluxos incidentes por todos os lados não precisa de orientação.

O ciclo dia-noite desaparece. Os canais de entrada mencionados estão presentes, segundo a exposição do grupo, vinte e quatro horas por dia.

O que daí se pode deduzir com justiça

Os dois procedimentos não são concorrentes pelo mesmo lugar. Eles visam a situações diferentes.

A fotovoltaica está comprovada, testada em bilhões de módulos, industrialmente madura e imbativelmente barata onde o sol brilha e há superfície disponível. Quem tem um telhado não precisa de alternativa.

A neutrinovoltaica visa ao contrário: sem luz, sem superfície, sem orientação. Um porão, o interior de um aparelho, um local na noite polar. O grupo apresenta seus projetos expressamente como em fase de desenvolvimento e designa os valores de potência mencionados como objetivos de projeto.

A comparação é assim menos uma competição do que uma repartição: a fotovoltaica mostrou que a energia do entorno é aproveitável em grande escala. A pergunta da neutrinovoltaica é se isso também se consegue onde a luz não chega.

Termos relacionados

• Silício — o material comum
• A equação mestra — por que volume em vez de superfície
• Colheita de energia — o campo que engloba tudo isso
• Termofotovoltaica — luz a partir de calor

Fontes

• W. Shockley, H. J. Queisser: Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction Solar Cells, Journal of Applied Physics 32, 510 (1961).
• Fraunhofer ISE: Photovoltaics Report — rendimentos e números de produção.