Células solares de kirigami acompanham o Sol

Redação do Site Inovação Tecnológica -  14/09/2015

As células solares curvam-se em proporção ao esticamento com uma precisão de cerca de um grau. [Imagem: Lamoureux et al. - 10.1038/ncomms9092]

Célula solar de kirigami

Painéis solares que acompanham a posição do Sol não são novidade, mas é igualmente bem sabido que o custo dos mecanismos de ajuste de posição inviabiliza economicamente seu uso em larga escala.

A solução pode estar em células solares que sejam elas próprias capazes de acompanhar o Sol.

Inspirado na arte do kirigami, uma técnica japonesa de recorte de papel para montar objetos 3D, Aaron Lamoureux criou células solares que capturam luz ao longo de todo um paralelo - uma linha ao longo de um hemisfério.

"O design pega o que um grande painel solar com sistema de rastreamento faz e condensa o mecanismo em algo que é essencialmente plano," explica Lamoureux, atualmente na Universidade de Michigan, nos EUA.

Do ponto de vista do painel solar, nada muda, e ele continua essencialmente plano. Internamente, porém, as células solares são desdobradas em minúsculos segmentos, de tal forma que uma parte delas estará sempre voltada para o Sol.

30% a mais de energia

O princípio é simples: do ponto de vista do Sol, quando um painel solar está em ângulo ele parece menor. Com um design que se inclina e espalha quando os raios solares estão chegando ao painel em ângulo, a área efetiva que absorve a luz é ampliada.

As tiras recortadas, contendo as células solares, curvam-se em proporção ao esticamento com uma precisão de cerca de um grau. Cantos e recortes arredondados cuidam para que o estresse não seja forte o suficiente para rompê-las.

O sistema obtém um ganho de 36% em relação a um painel solar estacionário, o que é muito próximo dos 40% obtidos com o mecanismo tradicional de rastreamento do Sol - mas sem os seus custos, que podem chegar a 12% do total de uma fazenda solar.

A equipe agora está procurando parceiros na indústria para tentar colocar as células solares de kirigami no mercado.

Bibliografia:
Dynamic kirigami structures for integrated solar tracking
Aaron Lamoureux, Kyusang Lee, Matthew Shlian, Stephen R. Forrest, Max Shtein
Nature Communications
Vol.: 6, Article number: 8092
DOI: 10.1038/ncomms9092

Computador quântico pode fazer cálculos em qualquer ordem

Redação do Site Inovação Tecnológica -  24/08/2015

A superposição quântica funciona não apenas para os dados nos qubits, mas também para as portas lógicas inteiras. [Imagem: Philip Walther Group/University of Vienna]

Sem parênteses

Físicos austríacos demonstraram que os cálculos feitos por umcomputador quântico não precisam ocorrer em uma ordem predefinida para darem os resultados corretos.

Isso aumenta a expectativa da velocidade de processamento que poderá ser obtida com esses computadores futurísticos, uma vez que, até agora, se acreditava que o ganho de velocidade viria sobretudo da possibilidade de múltiplos cálculos simultâneos.

Lorenzo Procopio e seus colegas da Universidade de Viena demonstraram que esses "cálculos desordenados" permitem executar uma operação de forma mais eficiente do que ocorre em um processador quântico tradicional, em que as operações são executadas na forma sequencial tradicional.

Portas quânticas

No projeto tradicional de um processador quântico, as portas lógicas devem ser encadeadas de uma forma específica. O problema é que é difícil construir uma quantidade delas grande o suficiente para realizar cálculos práticos.

O que Procopio se deu conta é que o fenômeno quântico da superposição, em que dois qubits podem ter dois dados simultaneamente, não precisa se limitar aos bits quânticos - é possível criar uma superposição de portas quânticas, o aparato inteiro necessário para fazer o cálculo.

Isto significa que as portas quânticas superpostas podem executar suas operações lógicas em todas as possíveis ordens ao mesmo tempo.

E a melhor notícia é que o número total de portas necessárias para um determinado cálculo é menor do que quando a execução segue a sequência predeterminada.

Superposição de cálculos

Em uma superposição de portas quânticas, é impossível - mesmo em princípio - saber se uma operação ocorreu antes ou depois de outra operação. Isso significa que duas portas lógicas quânticas A e B podem ser acionadas nas duas ordens ao mesmo tempo.

Em outras palavras, a porta A opera antes da porta B, e a porta B calcula antes da porta A. Os resultados experimentais confirmam que é impossível determinar qual delas operou primeiro. Mas o resultado sai correto.

• Fim da causalidade: eventos quânticos independem do espaço e do tempo

"Na verdade, fomos capazes de executar um algoritmo quântico para caracterizar as portas de forma mais eficiente do que qualquer algoritmo anteriormente conhecido," disse Procopio.

A partir de uma única medição do qubit - um fóton - a equipe detectou uma propriedade específica das duas portas quânticas, confirmando assim que elas funcionaram em ambas as ordens de uma só vez. À medida que mais portas são adicionadas ao circuito, o novo método torna-se ainda mais eficiente em comparação com técnicas anteriores.

Bibliografia:
Experimental Superposition of Orders of Quantum Gates
Lorenzo M. Procopio, Amir Moqanaki, Mateus Araújo, Fabio Costa, Irati Alonso Calafell, Emma G. Dowd, Deny R. Hamel, Lee A. Rozema, Caslav Brukner, Philip Walther
Nature Communications
Vol.: 6, Article number: 791
DOI: 10.1038/ncomms8913

Como funciona o download de energia pelo celular?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/06/2015

O conceito de uma antena para capturar energia das ondas eletromagnéticas também pode funcionar para a luz.[Imagem: Moddel et al.]

Colheita de energia

Há poucos dias, o anúncio de uma tecnologia que permitirá quecelulares façam download de energia do ar chamou a atenção da imprensa.

Mas como essa tecnologia funciona? Sobretudo, como os aparelhos podem funcionar se a energia que eles emitem for capturada de volta para recarregar a bateria?

Na verdade, a ideia de converter sinais de rádio em energia é tão antiga quanto a eletricidade comercial.

Nikola Tesla ficou famoso por suas tentativas de transmitir eletricidade pelo ar, uma ideia que está renascendo através de técnicas conhecidas comoWitricity - uma "eletricidade sem fios".

Mas é mais simples tentar reaproveitar as ondas eletromagnéticas que já nos cercam porque as ondas de rádio são apenas uma forma de corrente alternada de frequência muito alta.

Além disso, elas já estão sendo transmitidas e, em grande parte, desperdiçadas, já que apenas uma pequena porção delas atinge um aparelho projetado para captá-las.

Recaptura de energia

Sendo apenas corrente alternada, a captura de energia do ar precisa apenas de uma antena adequada, que capte a energia das ondas de rádio presentes no ambiente, e aparelhos que as transformem na corrente contínua que alimenta os aparelhos eletrônicos ou recarrega as baterias - os carregadores de baterias, aquelas pequenas caixas que você espeta na tomada, são retificadores, ou seja, conversores da corrente alternada em corrente contínua, e transformadores, para baixar a tensão para a quantidade de volts adequada para cada aparelho.

A quantidade de eletricidade capturada desta forma não é grande, mas a miniaturização dos aparelhos e seu menor consumo de energia está tornando essa chamada "colheita de energia" uma opção interessante.

Por exemplo, o anúncio mais recente sobre o "download de eletricidade" consegue economizar até 30% da bateria de um celular. Ocorre que ele não se baseia na captura da energia desperdiçada e espalhada pelo ambiente, mas da energia dissipada na transmissão do próprio aparelho.

O truque consiste em capturar o sinal de rádio em uma intensidade que não seja suficiente para degradar a qualidade das transmissões de dados ou voz. A produtividade da técnica é razoável porque os telefones celulares transmitem em todas as direções ao mesmo tempo - esta é a forma mais rápida para um aparelho portátil alcançar a torre de celular ou o roteador Wi-Fi mais próximo.

A técnica só funcionará, portanto, quando o celular estiver transmitindo - quando você estiver falando ao telefone, enviando e-mails, arquivos ou mensagens de texto. Se você estiver apenas jogando offline, sua bateria continuará sendo drenada como de costume.

Antenas especiais

Técnicas baseadas em metamateriais, sobretudo com antenas capazes de capturar várias frequências de ondas de rádio, prometem estender essa técnica para outros usos, recarregando continuamente baterias e pilhas usadas em outros aparelhos.

Um sistema de reciclagem de energia demonstrado recentemente, baseado emmetamateriais, já consegue produzir 7,3 volts, mais do que a tensão dos carregadores USB.

Como a luz também é uma onda eletromagnética, o princípio está sendo aplicado igualmente a células solares, que, dotadas de antenas próprias, tornam-se capazes de capturar uma porção maior do espectro eletromagnético:

• Rectena: nova célula solar captura luz por antenas

Painéis solares flexíveis vendidos por metro

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/06/2015

Com investimentos da empresa indiana Tata, a fábrica ocupa uma área de 4.500 metros quadrados, com 55 funcionários. [Imagem: Empa]

 

Painéis solares de plástico

Engenheiros da Escola Politécnica de Zurique (ETH), na Suíça, inauguraram a planta-piloto de uma fábrica de painéis solares flexíveis com uma tecnologia que promete baixar muito o preço da energia solar.

As células solares são do tipo "filme fino", compostas por componentes que são aplicados na forma de tinta sobre uma folha de plástico flexível.

As células solares propriamente ditas são feitas de uma liga semicondutora de cobre-índio-gálio-(di)selenieto - por isso conhecidas como células solares CIGS.

Desta forma, os painéis são fabricados em um processo contínuo, conhecido como rolo a rolo - o processo de alta velocidade é em tudo similar à forma como são impressos jornais ou revistas.

A planta-piloto foi inaugurada pela empresa emergente Flisom, fundada pelos pesquisadores com suporte do governo suíço e com investimentos privados.

A fábrica tem 4.500 metros quadrados, com uma capacidade de produção de 15 MW (megawatts) de painéis solares, na forma de rolos de um metro de largura.

Células solares CIGS

Desde 2011, a equipe do professor Ayodhya Tiwari vem batendo recordes de eficiência com as células solares CIGS.

Agora, já como empresário, Tiwari afirma esperar fabricar painéis solares flexíveis com custos abaixo de € 0,35/Wp (potência de pico). Com um custo mais baixo de instalação do que os painéis solares rígidos de silício, isso significaria custos de € 0,6/Wp de capacidade instalada.

As células solares flexíveis são fabricadas em módulos de 5 x 5 centímetros, e apresentam uma eficiência geral de conversão da luz solar em eletricidade de 16,7%.

Os painéis solares flexíveis podem ser colados sobre diversos tipos de superfície, incluindo bases rígidas, o que significa que eles podem substituir os painéis solares tradicionais, feitos com células solares de silício.