Cientistas alemães alcançaram uma eficiência recorde na conversão da luz solar em hidrogênio.

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.