Design de concentradores solares luminescentes cilíndricos baseados em fibras ópticas poliméricas

Abstract

Os concentradores solares luminescentes (LSCs) são sistemas custoeficientes constituídos por um dispositivo fotovoltaico e um material fotoluminescente introduzido em um guia de onda. Sua aplicação principal é tornar-se em um sistema passivo de geração de eletricidade e, subsequentemente, aumentar o uso das células solares, tendo um impacto positivo na utilização das fontes renováveis de produção de energia. Com o passo do tempo novas arquiteturas e designs têm sido exploradas na busca de aumentar a área de superfície onde há incidência de radiação solar, pois a finalidade é reduzir o custo do dispositivo. Nesse sentido, a arquitetura cilíndrica baseada em fibras ópticas poliméricas têm sido uma estratégia inovadora para estender os LSCs para maiores áreas de superfície. Assim foi produzido uma plataforma fotônica de LSCs cilíndricos baseados em fibras ópticas poliméricas com área de superfície próxima a 7,58x10-2 m2 e em configuração desacoplada, isto é, em que todos os componentes foram adaptados independentemente: 50 m de fibra óptica divididos em 5 m foram arranjadas em um suporte de poliestireno em formato de circunferência, e suas pontas foram direcionadas para a superfície de uma camada de híbrido orgânico-inorgânico dopado com diferentes luminóforos e, por fim, a célula solar de silício amorfo foi conectada a esse sistema. A configuração desacoplada permitiu a avaliação individual de cada componente e afinal, os resultados mostram os primeiros valores de fator de concentração (F) para LSCs com fator de ganho (G*) ≥5000 e com indicação de proporcionalidade entre as duas variáveis. Algumas alternativas podem ser exploradas para aprimorar o desempenho destes sistemas.

Luminescent solar concentrator (LSCs) are cost-effective systems consisting of a photovoltaic device and a photoluminescent material introduced into a waveguide. Its main application is to become a passive electricity generation system and subsequently increase the use of solar cells, having an impact on the use of renewable sources of energy production. Over time, new architectures and designs have been explored in order to increase the surface area where there is incidence of solar radiation, as the purpose is to reduce the cost of the device. In this sense, the cylindrical architecture based on polymeric optical fibers has been an innovative strategy to scale up LSCs to larger surface areas. Thus, a photonic platform of cylindrical LSCs based on polymeric optical fibers was produced with a surface area close to 7.58x10-2 m2 and in a decoupled configuration, that is, in which all components were independently adapted: 50 m of optical fibers divided into 5 m were arranged on a polystyrene support in a circumference shape, and their tips were directed to the surface of a layer of organic-inorganic hybrid doped with different luminophores, and then the amorphous silicon solar cell was located. The decoupled configuration allowed an individual evaluation of each component and, after all, the results show the first values of concentration factor (F) for LSCs with gain factor (G*) ≥5000 and indicating proportionality between the two variables. Some alternatives can be explored to improve the performance of these systems.