De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipe liderada pela Universidade do Catar (Qatar University) desenvolveu e validou experimentalmente, em escala de componente, um protótipo fotovoltaico esférico assistido por refletor, concluindo um experimento de prova de conceito ao ar livre durante nove dias. O protótipo é composto por 450 células solares de silício de face única, distribuídas sobre um substrato esférico com diâmetro de 0,70 metros, equipado com um refletor hemisférico. Os testes confirmaram a operabilidade ao ar livre do sistema, mas a simulação anual mostrou que sua geração anual de energia ainda é inferior à do módulo plano de referência.

Ao contrário dos módulos planos convencionais, que possuem apenas uma orientação de superfície dominante, a estrutura esférica distribui as células fotovoltaicas em uma faixa contínua de ângulos de inclinação e azimute; em comparação com configurações não planas, como cilíndricas ou cônicas, a esfera não possui uma direção azimutal preferencial, permitindo capturar a radiação solar ao longo do dia conforme a posição do sol, sem necessidade de rastreamento mecânico. A inovação fundamental é o refletor hemisférico em forma de tigela, que redireciona a radiação incidente que, de outra forma, seria inutilizável, para diferentes regiões da superfície esférica. Simulações mostram que, em comparação com a mesma configuração esférica sem refletor, a adição do refletor pode aumentar a produção de energia em cerca de 71%. A equipe de pesquisa também desenvolveu um modelo de desempenho sensível à geometria para avaliar a irradiância dependente da direção na superfície esférica e convertê-la em geração de energia corrigida pela temperatura.

O autor correspondente, Amith Khandakar, disse à pv magazine que o núcleo desta tecnologia é integrar a arquitetura fotovoltaica totalmente esférica, a captura de irradiância assistida por refletor, o referido modelo de desempenho e o protótipo realmente fabricado e testado em campo em uma estrutura unificada. A equipe de pesquisa acredita que as aplicações potenciais deste componente incluem locais com orientação não ideal e baixos ângulos de elevação solar, sistemas integrados a edifícios, instalações móveis ou com restrição de direcionamento e ambientes com limitações de limpeza. O artigo relacionado foi publicado na revista Solar Energy sob o título "Reflector-assisted spherical photovoltaic module for solar energy harvesting" (Módulo fotovoltaico esférico assistido por refletor para coleta de energia solar).

O protótipo fotovoltaico esférico assistido por refletor utiliza células de 52 mm × 52 mm, sem vidro comercial ou encapsulamento completo; as células são conectadas em série e montadas em um núcleo esférico opaco de poliestireno expandido, com cerca de 80% da superfície esférica coberta por células ativas, e o restante destinado a fiação, interconexões e espaçamento mecânico. O design óptico inclui um refletor hemisférico de alumínio polido, que direciona a luz refletida para o hemisfério inferior, sem a necessidade de adicionar células fotovoltaicas. O refletor tem albedo efetivo de 0,95, espaçamento radial de 0,40 metros e área refletora de aproximadamente 3,07 metros quadrados; a área de projeção de todo o dispositivo no solo é estimada em 1,74 metros quadrados.

A equipe utilizou um sistema de monitoramento baseado em ESP32 para realizar o experimento de prova de conceito ao ar livre durante nove dias, registrando tensão, corrente, potência, temperatura superficial e parâmetros ambientais, comparando com um painel plano de referência (definido com inclinação fixa de 25°, voltado para o sul, em condições de teste referentes a Doha, Catar). Durante o período de teste, o sistema esférico gerou 183,17 watts-hora de energia elétrica em condições externas diferentes das condições padrão de teste (STC), com a resposta elétrica variando claramente com a irradiância; após nove dias sem limpeza, o protótipo esférico manteve cerca de 92% da produção inicial, o que a equipe de pesquisa indicou como possível resistência à sujeira, embora não tenham sido realizadas medições quantitativas de poeira. As curvas medidas seguiram as tendências diárias esperadas de disponibilidade solar, fornecendo suporte experimental ao comportamento qualitativo previsto pelo modelo sensível à geometria; as observações de temperatura superficial obtidas por registro infravermelho são apresentadas apenas como tendências térmicas indicativas e não são consideradas evidência confirmada de vantagem térmica.

Os resultados da simulação mostram que, de junho a agosto de 2025, a esfera assistida por refletor gerou 113,0 kWh por módulo, enquanto o módulo plano de referência gerou 105,3 kWh/módulo, um aumento de 7,3%. No entanto, a simulação anual otimizada subsequente reverteu essa vantagem: a esfera assistida por refletor gerou 405,5 kWh/módulo anualmente, enquanto o plano de referência gerou cerca de 425,0 kWh/ano; a esfera superou o plano de referência em apenas 4 dos 12 meses, indicando que a principal vantagem do design é uma resposta direcional mais ampla, e não uma produção anual de energia consistentemente maior.

Sob premissas econômicas iniciais, o custo nivelado de energia (LCOE) do sistema esférico foi estimado em 0,0424 dólares/kWh, enquanto o do plano de referência foi de 0,0320 dólares/kWh, cerca de 32,5% maior. No geral, o estudo estabeleceu a operabilidade ao ar livre e as vantagens ópticas do refletor, mas ainda não demonstrou superioridade em produção anual de energia, desempenho térmico, resistência à sujeira ou viabilidade econômica. A equipe concluiu que o trabalho atual estabelece uma base prática em escala de protótipo para o desenvolvimento da fotovoltaica esférica e identifica as principais melhorias de design necessárias para otimização futura, incluindo encapsulamento protetor, medição calibrada de irradiância, avaliação quantitativa de sujeira, testes de durabilidade e validação externa de longo prazo.