Painéis Solares: Marcos Importantes em Mais de 140 Anos de Inovação

“Desde um telhado de Nova Iorque no século XIX até à sua estreia no espaço. De histórias de raptos e subornos a um acidente com um tinteiro que alterou o mundo… Os painéis solares são uma das maiores invenções da humanidade e a sua história é mais intrigante do que se poderia esperar.”

A primeira instalação de painéis solares fotovoltaicos teve lugar em 1884, quando Charles Fritts montou um conjunto do tamanho de uma mesa de bilhar numa estrutura de madeira num telhado de Nova Iorque. Fritts utilizou selénio revestido com uma fina camada de ouro, obtendo uma eficiência inferior a 1% na conversão da luz solar em eletricidade, produzindo uma corrente que descreveu como “contínua, constante e de força considerável”.

O gerador solar elétrico de George Cove e as suas inovações revolucionárias

Vinte anos mais tarde, o “inventor em série” canadiano George Cove, um polímata conhecido por registar numerosas patentes em design de hélices, recolha de energia das marés, geradores de corrente alternada e relógios eléctricos, desenvolveu o trabalho de Fritts. Cove desenvolveu um “gerador elétrico solar” utilizando um material semicondutor com um intervalo de banda muito próximo do do silício – o principal material dos actuais painéis solares – e incorporou uma bateria para armazenamento e libertação de energia.

Os jornais noticiaram que o gerador de Cove, que custava cerca de 20 dólares (cerca de 660 dólares atualmente), podia alimentar uma casa durante 10 anos, eliminando a necessidade de ligação à crescente rede eléctrica. A sua demonstração em Halifax, em 1909, atraiu um interesse significativo dos investidores, levando-o a estabelecer uma oficina em Nova Iorque e a angariar 5 milhões de dólares.

No entanto, a sua história tomou um rumo estranho quando afirmou ter sido raptado e lhe ofereceram 25.000 dólares e uma casa para abandonar o seu trabalho. De acordo com o investigador de Oxford, Dr. Sugandha Srivastav, estas tácticas não eram invulgares na época, sendo figuras como Thomas Edison e J.D. Rockefeller conhecidos por utilizarem métodos desonestos para eliminarem a concorrência.

As afirmações polémicas de Cove e o declínio da tecnologia solar

Cove afirmou ter rejeitado a oferta e foi mais tarde libertado no Jardim Zoológico do Bronx. Os críticos, no entanto, acusaram-no de fabricar o incidente como uma fraude ou para chamar a atenção dos media para o seu negócio. Independentemente disso, o negócio de Cove entrou em colapso e nunca mais recuperou, uma vez que a ascensão do carvão e do petróleo em 1911 ofuscou a tecnologia solar, atrasando o seu progresso durante quase 40 anos.

“O obstrucionismo”, observa Srivastav, ‘tem sido uma barreira significativa para o desenvolvimento e a implantação das energias renováveis no passado e continua a sê-lo atualmente’.

A descoberta das estruturas monocristalinas por Czochralski

A energia solar não progrediu muito nas décadas seguintes, mas surgiram tecnologias-chave que mais tarde provocaram o seu renascimento. Em 1918, o químico polaco Jan Czochralski descobriu acidentalmente um método para o crescimento de estruturas monocristalinas utilizadas em bolachas semicondutoras, agora cruciais para 90% da eletrónica atual.

Esta descoberta ocorreu quando Czochralski mergulhou por engano a sua caneta em estanho fundido em vez do seu tinteiro, o que levou à descoberta de uma estrutura monocristalina.

A tecnologia solar permaneceu inativa até 1954, altura em que os cientistas dos Laboratórios Bell desenvolveram a primeira célula solar de silício prática com uma eficiência de 6%, uma grande melhoria graças ao método do silício cristalino de Czochralski.

Na mesma altura, os Laboratórios Bell também inventaram o maser, tornando-os num centro de inovação revolucionária semelhante aos actuais Laboratórios X da Google.

Vanguard I, o primeiro satélite alimentado por energia solar

A primeira grande utilização de células solares ocorreu em 1958 com o lançamento do Vanguard I, o primeiro satélite alimentado por energia solar. Embora tenha deixado de transmitir dados em 1964, continua em órbita atualmente. As células solares foram vitais para os seus seis anos de funcionamento, uma vez que as baterias, por si só, não o teriam conseguido manter.

Entre os anos 60 e 80, a adoção de painéis solares espalhou-se lentamente, especialmente em áreas remotas onde as linhas eléctricas eram impraticáveis ou dispendiosas. A energia solar tornou-se crucial para torres de rádio e televisão, estações meteorológicas, plataformas offshore e, nos países em desenvolvimento, forneceu eletricidade para serviços essenciais como a iluminação e a refrigeração de vacinas.

Células multi-junção e as suas aplicações aeroespaciais

Em 1989, foram desenvolvidas células multi-junção, empilhando camadas finas de diferentes materiais para aumentar a eficiência. Em 2006, estas células atingiram uma eficiência de 46%, quase o dobro das células de silício tradicionais. Apesar do seu elevado custo, são utilizadas principalmente em aplicações aeroespaciais como a Estação Espacial Internacional, que pode gerar até 120 kW com os seus painéis solares.

Recentemente, a perovskite melhorou ainda mais a eficiência. A sua estrutura única permitiu que as células em tandem, que combinam camadas de silício e de perovskite, ultrapassassem os 30% de eficiência.

Os painéis solares bifaciais, populares na última década, captam a luz solar de ambos os lados e são utilizados em centrais à escala dos serviços públicos para obter a máxima eficiência. Instalei-os na minha casa e na minha caravana para comprovar a sua eficácia.

Os painéis solares actuais duram 25 a 30 anos, com um declínio anual de apenas 1% na capacidade após o seu período de vida útil.

A tecnologia solar portátil e flexível está a expandir a utilização desta fonte de energia rentável.

Avanço na tecnologia solar

Um grande avanço na tecnologia solar tem sido o armazenamento de baterias. Uma vez que a energia solar só gera eletricidade durante parte do dia, o armazenamento do excesso de energia tem sido essencial para tornar a energia solar uma fonte de energia fiável e contínua, especialmente para as redes eléctricas municipais.

Os avanços nas tecnologias de baterias e a redução dos custos tornaram a energia solar cada vez mais fiável, mesmo durante a noite, com bancos de baterias carregadas com energia solar. As baterias de iões de lítio abriram caminho e as tecnologias mais recentes, como o lítio-ferro-fosfato (LiFePO4), o ferro-ar e os métodos de armazenamento mecânico, estão a melhorar a densidade energética e o custo.

Estas tecnologias estão a evoluir para apoiar um futuro de energia limpa, respondendo tanto às necessidades de energia a curto prazo como à estabilidade da rede a longo prazo.

Apesar dos seus desafios iniciais, a energia solar tornou-se um ator fundamental para alcançar zero emissões de carbono até 2050. É atualmente a segunda fonte de eletricidade mais barata, a seguir à energia eólica terrestre, e custa cerca de metade do preço da energia a carvão.

Desde o dispositivo inicial de Charles Fritts no telhado, a energia solar tornou-se uma fonte de energia limpa, crucial e economicamente viável, que satisfaz as nossas necessidades crescentes de eletricidade.

Leia o Artigo Original: New Atlas

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