Cientistas do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar, na Alemanha, anunciaram um novo recorde mundial de eficiência na conversão de energia solar em hidrogênio: 31,3%. Isso significa que quase um terço de toda a energia solar incidente foi convertida diretamente em energia química de hidrogênio, uma rota relativamente simples para a produção desse combustível.
Fonte da imagem: Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar
O resultado foi obtido utilizando uma configuração experimental do tipo fotoeletrolise, na qual células solares alimentam diretamente um eletrolisador que divide a água em oxigênio e hidrogênio. O trabalho, publicado na revista Communications Engineering, deverá gerar grande interesse na comunidade energética como um passo fundamental para uma produção mais eficiente de hidrogênio “verde”.
Um elemento-chave da configuração é um sistema de microconcentração de raios solares (micro-CPV) desenvolvido pelo instituto. Ele utiliza uma matriz de lentes de Fresnel em miniatura que concentram a luz solar em células solares de quádrupla junção ultraeficientes, cada uma com aproximadamente 7 mm² de área. As células solares são feitas de materiais pertencentes aos grupos III a V da tabela periódica. Essas estruturas semicondutoras multicamadas são capazes de absorver diferentes partes do espectro solar, superando significativamente a eficiência dos painéis de silício tradicionais. A energia elétrica é então fornecida a dois eletrolisadores PEM conectados em série (com membranas de troca de prótons), proporcionando alta densidade de corrente e produção rápida de hidrogênio mesmo sob luz solar variável.
A conquista é particularmente significativa porque o recorde foi estabelecido em condições reais de funcionamento ao ar livre, e não em um laboratório sob iluminação artificial. O sistema operou ao ar livre por 107 horas consecutivas, demonstrando sua adequação para uso externo. Anteriormente, sistemas similares apresentavam uma eficiência de cerca de 19,8% em ambientes externos, enquanto a eficiência de 30% só era alcançada em condições rigorosamente controladas.Testes controlados em bancada. Pesquisadores alemães conseguiram ajustar com precisão a tensão e a corrente das células solares às características dos eletrolisadores, minimizando as perdas na conversão de energia. O protótipo possui uma pequena abertura — apenas 64 cm² — mas sistemas tão compactos permitem testes rápidos da arquitetura de futuros módulos solares de hidrogênio em larga escala.
Apesar do recorde, a tecnologia ainda está na fase de prova de conceito. Antes da aplicação industrial, os seguintes desafios permanecem: reduzir o custo das células solares de múltiplas junções, aumentar a durabilidade dos concentradores de lentes e criar unidades de demonstração em grande escala. Os pesquisadores já estão explorando a comercialização por meio da startup Clearsun Energy, que poderá levar módulos solares de hidrogênio semelhantes ao mercado. Se o custo de produção de hidrogênio puder ser reduzido para US$ 3 por kg ou menos, essas unidades poderão se tornar uma fonte promissora de hidrogênio limpo para a metalurgia, a indústria química e sistemas de armazenamento de energia, à medida que a transição global para uma economia de carbono zero se desenrola.