CNR italiano apresenta telha fotovoltaica de 4 terminais com divisão espectral

De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipe de pesquisa do Conselho Nacional de Pesquisa da Itália (CNR) demonstrou uma telha fotovoltaica de quatro terminais (4T), cujo conceito de design utiliza a tecnologia de divisão espectral para processar o espectro solar em faixas separadas: a luz visível é direcionada para uma célula de arsenieto de gálio (GaAs), enquanto a radiação infravermelha entra em uma célula de silício bifacial, com cada tipo de célula desempenhando sua função específica.

O núcleo óptico deste sistema é um prisma de vidro retangular em formato de cunha. A primeira autora do artigo, Floriana Morabito, explicou à pv magazine que o núcleo óptico combina a reflexão interna total (TIR) na superfície superior com a reflexão dicróica em um espelho, funcionando como um guia de luz. A autora correspondente, Silvia Maria Pietralunga, acrescentou que a célula bifacial de silício de banda estreita (NBG) na proposta tem sua face traseira voltada para o sul, favorecendo a coleta da radiação de albedo proveniente do solo; a célula de arsenieto de gálio de banda larga (WBG), disposta em um ângulo de 90 graus, mantém a ocupação do solo e o autossombreamento dos módulos em níveis baixos.

O resultado foi publicado na revista Solar Energy sob o título "Validação experimental e avaliação numérica de uma telha fotovoltaica de divisão espectral 4T com capacidade bifacial não convencional e sombreamento minimizado". O protótipo foi construído em torno de um prisma de cunha reta feito de vidro N-BK7 da Schott, integrando uma célula de arsenieto de gálio de 2,0 cm × 2,0 cm com eficiência de 20%, e uma célula bifacial de silício de heterojunção (HJT) de 6,8 cm × 2,0 cm com eficiência de aproximadamente 24% e bifacialidade de 90%; a base e a face traseira do prisma foram revestidas com camadas antirreflexo.

A divisão espectral é realizada por espelhos dicróicos complementares do tipo passa-longa e passa-curta. Os dois espelhos são posicionados em um ângulo de incidência de 45 graus, com comprimento de onda de corte de 805 nanômetros, valor que coincide aproximadamente com a interseção das curvas de eficiência quântica externa das células de silício e de arsenieto de gálio, permitindo assim que cada faixa espectral seja direcionada à célula alvo.

Os pesquisadores utilizaram impressão 3D em resina para criar um suporte de duas peças, integrando o prisma, os espelhos, a célula de silício e a célula de arsenieto de gálio encapsulada. Devido às inevitáveis lacunas de ar entre o prisma, os espelhos e as células, o protótipo efetivamente montado apresenta desvios em relação ao projeto óptico ideal, manifestados como perdas ópticas adicionais.

Os testes de desempenho ao ar livre foram realizados no laboratório CNR-IMM em Catânia, Itália, em um terraço com piso de cerâmica. As medições seguiram basicamente os princípios da norma IEC 60904-2, mas a equipe destacou que a estrutura 4T, por ser diferente dos módulos convencionais, não consegue atender integralmente à norma. Os experimentos foram conduzidos em quatro dias ensolarados entre o final de maio e meados de julho de 2025, com janela de observação das 9h às 17h. Três piranômetros registraram, em intervalos de 5 segundos, a irradiância total horizontal, a irradiância frontal inclinada e a irradiância refletida que chega à face traseira; além disso, dois espectrorradiômetros mediram a irradiância espectral total horizontal e a irradiância espectral direta normal na faixa de comprimento de onda de 300 nm a 1100 nm.

Os pesquisadores também compararam os dados medidos do protótipo com os resultados de simulação em condições ideais. O dispositivo ideal mantém uma razão de potência óptica superior a 90% em uma ampla faixa de ângulos de incidência, enquanto o protótipo fabricado atingiu no máximo cerca de 62%. Nas medições ao ar livre, a corrente normalizada da célula de silício permaneceu bastante estável ao longo do dia, com pico em torno do meio-dia solar, aumentando ligeiramente quando a telha fotovoltaica estava mais próxima do solo; a célula de arsenieto de gálio não é sensível à altura em relação ao solo, mas, devido à sua menor tolerância angular, sua produção apresentou maiores variações ao longo do dia, com pico também próximo ao meio-dia.

Morabito afirmou que, em condições externas, para uma célula bifacial de silício com eficiência de 23%, nas manhãs e finais de tarde próximos ao solstício de verão na latitude 37°30' N, a fotocorrente medida aumentou significativamente em cerca de 7%. A fotocorrente máxima não varia com a altura em relação ao solo, e o melhor ganho de operação bifacial corresponde a uma altura de 19 cm. Os resultados dos testes apontam para uma conclusão: a arquitetura 4T pode reduzir o autossombreamento enquanto aproveita mais plenamente a radiação refletida pelo solo, com a operação bifacial obtendo maiores benefícios em alturas de instalação relativamente baixas.

Pietralunga afirmou que, de uma perspectiva global, esta solução 4T pode ser economicamente sustentável — maior produção por unidade de área, com suportes mecânicos de baixo impacto. Ela acredita que os desafios atuais têm perspectivas promissoras de solução, com amplo espaço para melhorias adicionais, e que um mercado viável pode se abrir em um futuro próximo.