O vidro é um material com um papel importante nos módulos fotovoltaicos: servindo de cobertura, protege os componentes internos do painel fotovoltaico, proporcionando uma barreira protectora contra os fenómenos climatéricos, garantindo a durabilidade e o tempo de vida do sistema. Para além disso, o vidro também actua como suporte, contribuindo para a rigidez e estabilidade estrutural do módulo, e, pelo facto de ser transparente, permite que a quantidade máxima de luz solar chegue às células solares para maximizar a produção de electricidade. 

Contudo, o vidro também apresenta uma série de desafios que afectam a eficiência e o desempenho dos módulos fotovoltaicos. A reflexão da luz não utilizada é um desses desafios e a indústria tem tentado corrigi-lo através da adição de revestimentos antirreflexo. Outra questão é a acumulação de sujidade na sua superfície, que, como aponta a investigadora Cristina Leyre Pinto na sua tese, “pode bloquear a entrada de luz nas células solares e exigir processos de limpeza dispendiosos e frequentes para manter uma produção de energia óptima”. A resistência à abrasão e ao calor é outro dos desafios.  

Perante estas condicionantes, a investigadora desenvolveu estruturas nanométricas, inspiradas nas folhas da flor de lótus, para a superfície do vidro utilizado nos módulos fotovoltaicos. Segundo a sua tese de doutoramento, defendida na Universidade Pública de Navarra (UPNA), este vidro caracteriza-se por “não reflectir a luz, não se sujar e, se o fizer, só pode ser limpo com gotas de água e, além disso, arrefecer nos dias mais soalheiros, e tudo isto garantindo uma vida útil, uma vez que têm uma resistência melhorada à abrasão”. 

Depois de vários testes ao longo de três anos, a investigadora considera que finalmente chegou à receita ideal: “estruturas hierárquicas compostas por microcilindros e cobertas por nanocones aleatórios, um modelo muito semelhante ao das folhas de lótus”, descreve Cristina Leyre Pinto. Isto minimiza o reflexo, reduz a aderência do pó e a temperatura de funcionamento, e melhora a sua capacidade de auto-limpeza. Além disso, ao não adicionar qualquer revestimento externo, a resistência à abrasão é superior à das soluções comerciais. 

Se há luz que é reflectida nos módulos fotovoltaicos, isso significa que não chegou às células dos painéis e que, portanto, não é convertida em electricidade. “Esta reflexão é causada por uma mudança brusca do índice de refração, uma propriedade dos materiais, de 1 (ar) para 1,5 (vidro).Os nanocones fabricados no vidro eliminam essa mudança abrupta, pois geram uma transição gradual do índice de refração do ar para o vidro e, assim, minimizam a luz reflectida”, explica a investigadora. 

Painéis solares mais limpos 

Outra vantagem destas estruturas de vidro é o facto de se sujarem menos. “Estas nanoestruturas aumentam a distância entre a base da superfície do vidro e a superfície do pó e diminuem drasticamente as forças que regem a adesão”, refere a investigadora. Com recurso a três métodos de medição, foi obtida uma diminuição da taxa de sujidade dos módulos fotovoltaicos em cerca de 50%, o que mantém os módulos mais limpos durante um período de tempo mais longo. 

Embora não seja possível evitar completamente a sujidade, foi descoberta a capacidade de auto-limpeza. Isto significa que quando uma gota de água cai no vidro, esta espalha-se e recolhe a sujidade que possa estar na superfície do módulo e, estando inclinado, a gota escorrega e leva a sujidade consigo, limpando assim o módulo. 

A durabilidade “excepcional” 

No que diz respeito à resistência à abrasão, as estruturas nanométricas directamente gravadas no vidro “asseguram uma durabilidade excepcional e evitam os problemas de descolamento comuns nas soluções comerciais”. Os testes de abrasão mostram que estas estruturas registam apenas uma ligeira deterioração de 1% após 500 ciclos de abrasão com areia, em comparação com 2,5% a 3% para outros revestimentos comerciais. 

Por fim, a investigadora refere o efeito de estufa produzido pelo vidro, que foi eliminado com os microcilindros. “Todo o calor gerado pelas células solares é absorvido pelo vidro, que por sua vez o emite em todas as direcções, arrefecendo-se a si próprio e, consequentemente, arrefecendo as células. Neste projecto, conseguimos reduzir a temperatura até 2,5°C em dias de sol, o que aumenta a produção eléctrica do módulo”, conclui Cristina Leyre Pinto, que trabalha actualmente como investigadora no Laboratório de Materiais e Revestimentos para Energia do Departamento de Tecnologias e Armazenamento de Energia Solar do CENER. 

Fotografia de destaque: © Shutterstock

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