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A célula solar de silício cristalino (c-Si) de alto desempenho com 20 µm de espessura usa muito menos silício, de longe o componente mais caro de um painel solar. [Imagem: Guanglin Xie et al. - 10.1117/1.JPE.13.035501] Células solares finas de silício A maioria dos painéis solares é feita com uma camada fotoativa de silício cristalino (c-Si) com uma espessura entre 160 e 170 micrômetros (µm). Como o silício sozinho representa quase metade do custo de cada painel solar, tem havido uma corrida pelo desenvolvimento de células solares de silício muito mais finas. Infelizmente, a eficiência de conversão de luz em eletricidade das células solares de c-Si finas ainda está muito atrás da eficiência das células industriais espessas. O problema é que as melhores estratégias de projeto para células finas de c-Si conseguem maximizar apenas parâmetros individuais, como densidade de corrente de curto-circuito, tensão de circuito aberto ou fator de preenchimento. Nenhuma dessas estratégias havia conseguido otimizar simultaneamente estes parâmetros, e todos são importantes para obter uma alta eficiência. Agora, finalmente uma equipe de pesquisadores desenvolveu uma nova abordagem que se mostrou capaz de obter melhorias notáveis de eficiência nessas células solares tão promissoras. A conseguiu identificar as características ópticas e elétricas responsáveis pelas diferenças nas eficiências de conversão das células solares de silício cristalino espessas e finas. De posse dessa informação essencial, eles montaram uma estratégia para atuar sobre essas características. O resultado, um avanço significativo no campo da tecnologia das células solares de silício, é uma metodologia de fabricação que oferece diversas vantagens em relação às técnicas convencionais. Oito vezes menos silício Em vez de cortar os lingotes de silício, como hoje se faz para fabricar camadas espessas de c-Si, Guanglin Xie e colegas da Universidade Hangzhou Dianzi, na China, empregaram um método de transferência de camada. Eles usaram ácido fluorídrico para gravar poros em uma pastilha espessa de silício, e esta camada porosa serviu como substrato para o crescimento de uma camada de silício monocristalino de 20 µm de espessura, que pode ser facilmente destacada e transferida para um substrato flexível. O resultado são células solares c-Si finas com uma eficiência de conversão de 21,1%, em comparação com os 16,5% anteriores, uma melhoria notável de aproximadamente 28% em comparação com a célula solar de referência. Isso coloca a eficiência das células solares finas de c-Si próxima à de suas equivalentes industriais espessas, que hoje é de 24%. Mas o ganho em termos de custo de fabricação é enorme, considerando que as células solares de hoje têm espessuras na casa dos 160 µm, ou seja, são oito vezes mais grossas do que os protótipos fabricados e testados pela equipe. fonte: inovacaotecnologica.com.br
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Trinta segundos de luz solar poderão ser suficientes para injetar dezenas de minutos de carga nas baterias de futuros relógios inteligentes e outros aparelhos de pequeno porte. Bateria recarregada com energia solar Jinxin Bi e colegas da Universidade de Surrey, no Reino Unido, criaram uma bateria renovável e recarregável que sequer precisa ser ligada à tomada para ser recarregada. Em vez disso, ela usa células solares de perovskita para recarregar uma bateria de íons de zinco, do mesmo tipo que recentemente empatou com as baterias de lítio em termos de capacidade de armazenamento de energia. Quilo por quilo, as baterias de zinco-ar podem potencialmente armazenar cinco vezes mais energia do que as de íons de lítio, mas as baterias de zinco e manganês, como as deste novo protótipo, são atraentes por poderem ser finas e flexíveis. "Esta tecnologia fornece uma estratégia promissora para o uso eficiente de energia limpa e permite que a eletrônica vestível seja operada continuamente sem carregamento plugado na rede. Nosso protótipo pode representar um passo à frente em como interagimos com equipamentos de vestir e outros dispositivos de internet das coisas, como monitores remotos de saúde em tempo real," disse Bi. Bateria de zinco-manganês Tanto a bateria de zinco e manganês (Zn-MnO2) quanto as células solares de perovskita foram fabricadas em camadas aplicadas por um sistema de jato de tinta e eletrodeposição, um sistema de baixo custo. "A microbateria de zinco otimizada apresentou uma densidade de energia volumétrica ultra-alta de 148 mWh cm-3 (16,3 µWh cm-2) e uma densidade de potência de 55 W cm-3 (6,1 mW cm-2) na densidade de corrente de 400 C (5 mA cm-2), permitindo compará-la com as microbaterias ou supercapacitores de última geração fabricados por métodos convencionais," escreveu a equipe. São esses indicadores que permitem que essas baterias ultrafinas sejam carregadas rapidamente por células solares, compondo um sistema de autocarregamento capaz de oferecer autonomia energética para eletrônicos miniaturizados. O protótipo levou a carga da bateria a 100% em 10 segundos, provendo carga suficiente para alimentar sensores e uma luz de LED por quase uma hora. "As características exclusivas do nosso sistema fotorrecarregável ultrarrápido podem promover amplas aplicações em internet das coisas vestíveis autoalimentadas, sistemas de energia autônomos e eletrônicos de emergência. Além disso, ele ampliará a percepção e a visão sobre como projetar a próxima geração de sistemas fotorrecarregáveis flexíveis miniaturizados," disse o professor Wei Zhang, coordenador da equipe. Fonte: inovacaotecnologica
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dúvida Circuito MPP para Células Solares em CubeSat com o TPS61200
temythhh postou um tópico em Identificação e Equivalência de Componentes
Saudações! Estou projetando um CubeSat para a OBSAT (Olimpíada Brasileira de Satélites) e me deparei com um problema em nossa engenharia de gerenciamento de energia solar. Pois bem, usamos 8 células solares ao redor do CubeSat, cada uma com 0.5V/1.02A. Para alimentação do circuito interno do satélite escolhemos um boost converter TPS61200 da Texas Instruments por sua alta eficiência e baixa tensão de input necessária (0.5v min.) Eis que o TPS61200 é um boost converter projetado para painéis solares uma vez que tem seu input baixo, e no seu próprio datasheet possui uma sugestão de circuito MPP (Maximum Power Point) que encontra o ponto específico entre a voltagem e amperagem que resulta na maior potência, assim aumentando a eficiência dos painéis. Pelo o que entendi no DataSheet o TLV431 funciona como um comparador e o OPA379 funciona como um amplificador diferencial, emitindo uma voltagem para o pino de Feedback do TPS que irá regular qual voltagem de input o TPS irá funcionar, operando então no MPP. Até ai tudo bem, a Texas Instruments fornece todos os detalhes no esquemático, porém para maior eficiência no sistema de conversão eu preciso de uma voltagem alta para ter mais de 90% de eficiência, pois em 0.5v a eficiência é de 50%, o que é baixíssima. Logo, decidi por usar os painéis em série ao invés de usar em paralelo. Em série temos um total de 4V/1.02A em todos os painéis. Daí nos deparamos com uma questão, como adaptar o sistema para funcionar a esta tensão? E mais outra questão: a oscilação de voltagem de apenas um painel costuma ser baixa em comparação com um conjunto de células solares, já que no caso do CubeSat as células estão posicionadas em faces do cubo diferentes. Logo, facilmente uma ou duas das faces podem ficar sombreadas, o que gera uma variação enorme da voltagem quando comparado à apenas uma célula solar. A questão é: o sistema MPP ainda seria capaz de interpretar e comparar mesmo com uma alta variação? ATUALIZAÇÕES!!!: Conversando em alguns grupos no discord com alguns engenheiros percebi que a ligação em série seria ineficiente mesmo com diodos schottky para bypass, já que o dropout voltage seria grande. Fiz os cálculos e a forma mais eficiente é ter um MPP+Boost Converter por face do CubeSat (2 células solares por face ligadas em série). A ligação em série se dá pois quanto maior o VInput maior a eficiência do boost converter. Porém os valores dos resistores do MPP são projetados para trabalhar com um VInput de 0.5v (única celular solar) e não 1.0v(duas células em série). Alguma ideia de como regular os resistores?
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