#48 Célula termofotovoltaica é mais eficiente que turbina termoelétrica

Engenheiros do MIT e do Laboratório Nacional de Energia Renovável projetaram uma célula termofotovoltaica que converte calor em eletricidade com mais de 40% de eficiência – um desempenho que excede a eficiência das turbinas a vapor tradicionais. É um dispositivo sem partes móveis que captura passivamente fótons de alta energia de uma fonte de calor e os converte em eletricidade. O projeto da equipe pode gerar eletricidade a partir de uma fonte de calor entre 1.900 e 2.400 graus Celsius .

Os pesquisadores planejam incorporar a célula em uma bateria térmica em escala de grade – um sistema que absorveria o excesso de energia de fontes renováveis, como o sol, e armazenaria essa energia em bancos de grafite quente fortemente isolados. Quando a energia é necessária, como em dias nublados, as células converteriam o calor em eletricidade e despachariam a energia para a rede elétrica.

Mais de 90% da eletricidade do mundo vem de fontes de calor, como carvão, gás natural, energia nuclear e energia solar concentrada. Por um século, as turbinas a vapor têm sido o padrão industrial para converter essas fontes de calor em eletricidade.

Em média, as turbinas a vapor convertem de forma confiável cerca de 35% de uma fonte de calor em eletricidade. Mas o maquinário depende de partes móveis com temperatura limitada. Fontes de calor acima de 2.000 graus Celsius são muito quentes para turbinas.

Uma das vantagens dos conversores de energia de estado sólido é que eles podem operar em temperaturas mais altas com menores custos de manutenção porque não possuem partes móveis.

Até o momento, a maioria das células TPV atingiu eficiências em torno de 20%, com o recorde de 32%, em grande parte porque são projetadas para operar em temperaturas mais baixas, o que compromete a eficiência. Na nova célula, os pesquisadores queriam capturar fótons de alta energia de uma fonte de calor de temperatura mais alta para aumentar a eficiência.

A célula é fabricada com três regiões principais. A primeira camada captura os fótons de maior energia da fonte de calor e os converte em eletricidade. Fótons de menor energia que passam pela primeira camada também são convertidos em eletricidade.

Quaisquer fótons que passam por essa segunda camada são refletidos por um espelho de volta à fonte de calor, em vez de serem desperdiçados.

imagens: MIT/Laboratório Nacional de Energia Renovável