“Os módulos fotovoltaicos integrados em edifícios (BIPV) semitransparentes convencionais utilizam células espaçadas para converter parte da radiação solar em eletricidade e transmitir o restante para o interior do edifício, produzindo um brilho ofuscante que incomoda os ocupantes. O nosso projeto, por outro lado, utiliza um sistema micro-óptico para converter toda a luz solar direta em eletricidade, enquanto simultaneamente transmite a radiação difusa do céu azul como uma iluminação natural e clara para o edifício”, explica Almudena García Sánchez, investigadora da UPM (Universidade Politécnica de Madrid). “Oferece uma iluminação confortável e sem encandeamento, uma vez que a luz transmitida tem as características cromáticas da luz solar (semelhantes às do céu azul exterior), mas com uma probabilidade muito baixa de encandeamento, uma vez que não transmite luz solar direta. Isto significa que melhora o conforto dos ocupantes em comparação com os módulos BIPV semitransparentes convencionais, que produzem padrões de luz e sombra de alto contraste.”.
Desta forma, ao utilizar este dispositivo, os utilizadores do edifício podem bloquear a radiação solar direta quando esta é incómoda, mantendo ao mesmo tempo uma certa quantidade de iluminação natural que reduz a necessidade de iluminação artificial, além de gerar eletricidade renovável sem emissões de carbono, melhorando assim o balanço energético e a pegada de carbono do edifício.
A luz solar direta transmitida através de módulos convencionais semitransparentes de integração arquitetónica pode causar encandeamento (esquerda). No entanto, o módulo desenvolvido desvia a luz solar para faixas de células solares que a convertem em eletricidade, transmitindo apenas a luz difusa do céu (direita).
Para alcançar este objetivo, o módulo incorpora um novo design ótico de microconcentração assimétrico que separa as componentes direta e difusa da radiação solar. O componente direto está concentrado numa matriz de finas tiras de células solares, que o convertem em eletricidade com elevada eficiência. As células estão dispostas numa placa transparente móvel que permite a transmissão da radiação difusa para o interior e é movimentada por um sistema integrado de seguimento solar para garantir que as células captam a luz solar direta à medida que a posição do sol muda ao longo do dia.
Esta elevada eficiência e o seu bom funcionamento mesmo quando o sol se encontra num ângulo muito acentuado em relação à janela são uma das principais vantagens do novo dispositivo desenvolvido pelos investigadores da UPM: "A eficiência ótica é superior a 70% numa vasta gama de ângulos de incidência, garantindo uma elevada eficiência elétrica e densidade de potência ao longo do dia em todas as estações do ano.".
O novo sistema permite a integração em edifícios tanto na vertical como na horizontal, possibilitando a utilização desta persiana inteligente em janelas e claraboias. "O módulo foi concebido para ser utilizado como elemento translúcido do envelope do edifício", explicaram os académicos. "Pode ser integrado em elementos de telhado ou fachada onde não é necessária a visão direta do exterior", explica César Domínguez, investigador principal do projeto e professor da UPM, "como nas secções superior e inferior de um sistema de fachada cortina, mantendo a secção central para uma janela transparente convencional.".
Gestão ativa da iluminação: modo estore e modo claraboia
“O nosso sistema oferece a possibilidade de gerir ativamente a quantidade de luz direta transmitida de acordo com as preferências do utilizador ou as necessidades ambientais, algo impossível com os módulos semitransparentes convencionais”, acrescenta García Sánchez. “Graças ao sistema de rastreio integrado, a posição da placa traseira pode ser ajustada para impedir que as células solares absorvam a luz direta (modo cego) e, assim, transmiti-la para o interior do edifício caso as condições de funcionamento o exijam (modo claraboia). Isto permite-nos modular não só a iluminação, mas também a carga térmica.”
O módulo desenvolvido permite alternar entre o modo cego (à esquerda) e o modo claraboia (à direita), dependendo das necessidades do utilizador ou das condições ambientais. Créditos da imagem: Emma Fajardo, Projeto Final de Curso, UPM, 2025
O dispositivo criado pelos investigadores resolve muitos dos problemas dos módulos fotovoltaicos semitransparentes convencionais, como a falta de gestão ativa da luz transmitida; a elevada probabilidade de encandeamento para os utilizadores; a necessidade de dispositivos de proteção solar adicionais, como estores; e a baixa densidade de potência quando existe muita luz natural transmitida. “Esta e outras características inovadoras do nosso sistema resolveriam alguns dos desafios técnicos do vidro solar convencional ou dos módulos fotovoltaicos semitransparentes para integração arquitetónica, obstáculos à rápida penetração dos sistemas BIPV no setor da construção”, conclui García Sánchez.
O projeto do sistema acaba de ser publicado na revista de acesso aberto “Solar Energy Materials and Solar Cells”. “Acabámos de concluir uma prova de conceito à escala laboratorial em colaboração com o IMDEA Nanociencia e estamos a trabalhar no desenvolvimento de um demonstrador para utilização no exterior”, explica César Domínguez, “com o objetivo final de encontrar parceiros industriais interessados em transformar a tecnologia num produto comercial com um impacto potencialmente significativo na descarbonização das cidades”.
O trabalho dos investigadores é o resultado dos projetos de I&D&I MICROBEAM (ref. PID2021-127810OB-I00), financiado pelo MCIN/AEI/10.13039/501100011033/FEDER "Uma forma de fazer a Europa", e SMARTWIN (ref. TED2021-130920B-C21), financiado pelo MCIN/AEI/10.13039/501100011033 e "União Europeia NextGenerationEU/PRTR".
