É tudo sobre o dinheiro. Por que soluções tecnológicas aparentemente ótimas às vezes podem falhar

Quando eu era mais jovem, costumava acreditar que a ciência por si só poderia resolver qualquer desafio tecnológico – e que qualquer solução que fosse tecnicamente a melhor venceria. Foi somente depois de passar alguns anos na indústria que percebi como a economia, as forças de mercado e a concorrência desempenham papéis igualmente importantes (e às vezes maiores). Uma solução tecnológica que pode parecer excelente no papel, aprendi, pode ser prejudicada por dificuldades práticas e falta de timing.

Portanto, para qualquer pessoa que esteja desenvolvendo uma nova tecnologia, é importante definir pontos de revisão em projetos, avaliar continuamente o mercado e a concorrência e verificar regularmente a prontidão de sua tecnologia de maneira imparcial e equilibrada. Posso pensar em dezenas de tecnologias que não funcionaram como planejado. Mas aqui vou explorar os fotovoltaicos (CPVs) de “concentradores solares” – dispositivos que geram eletricidade usando lentes ou espelhos curvos para concentrar a luz do sol em pequenas células solares.

Lembrei-me deste tópico enquanto escrevendo sobre a célula solar mais eficiente do mundo, que foi desenvolvido em 2019 no Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA. É um dispositivo CPV e tem uma eficiência recorde de 47.1% quando iluminado por 143 sóis. À primeira vista, o dispositivo parece incrível, visto que os painéis planos fotovoltaicos (PV) de silício atuais têm uma eficiência de apenas 22%.

Por que o concentrador fotovoltaico, que já foi apontado como a próxima grande novidade, caiu no esquecimento?

Claro, a maioria das instalações de CPV parece impressionante e futurista, mas os PVs de silício de painel plano caíram tanto de preço que as tentativas de implantar CPVs quase pararam desde 2017 (mesmo que a pesquisa sobre eles continue). É por isso que os CPVs, que já foram apontados como a próxima grande novidade, caíram no esquecimento?

Forças de mercado

A pesquisa sobre CPVs começou em meados da década de 1970, após o choque do embargo de petróleo no Oriente Médio (Prog. Fotovolt. Res. Aplic. 8 93). A maior parte do trabalho ocorreu nos Laboratórios Nacionais de Sandia, no Novo México, com o primeiro sistema consistindo de uma lente Fresnel de acrílico que concentrava a luz do sol nas células fotovoltaicas de silício. As células foram resfriadas com água para evitar que esquentassem e perdessem eficiência; eles também usaram um sistema de rastreamento para que sempre estivessem voltados para o sol.

Outras empresas rapidamente experimentaram, com sistemas CPV desenvolvidos por todos, desde Motorola e Boeing até GE e RCA. Vários projetos de demonstração em larga escala bem-sucedidos surgiram desse trabalho inicial, principalmente o Projeto Soleras de 350 kW na Arábia Saudita e o sistema Entech de 300 kW em Austin, Texas. O primeiro funcionou continuamente desde 1981 por mais de 15 anos e forneceu informações valiosas sobre os aspectos práticos e custos operacionais dos CPVs.

Durante o início dos anos 1980, no entanto, o trabalho parou quando a urgência da crise de energia passou. Com o petróleo e o gás natural se mostrando muito mais abundantes do que o esperado, o custo desses combustíveis despencou. Assim, quando os fundos federais dos EUA para CPVs se tornaram escassos, a maioria dos participantes desistiu. A pesquisa foi reduzida, embora alguns poucos dedicados continuassem a perseguir o sonho.

Era fácil atribuir a perda de interesse nos CPVs aos baixos preços do gás natural ou à falta de vontade política. Mas o maior problema era que os sistemas CPV não vendiam. Por outro lado, os painéis solares fotovoltaicos planos de silício regulares têm centenas de aplicações, desde a navegação até as telecomunicações. Eles são incrivelmente confiáveis, não possuem partes móveis e precisam de muito pouca manutenção.

Os painéis fotovoltaicos solares são particularmente úteis para pessoas em países em desenvolvimento, que agora os utilizam para iluminação, refrigeração e bombeamento de água – especialmente em áreas remotas onde outras fontes de energia não estão disponíveis. Simplificando, nenhuma dessas aplicações é particularmente adequada para CPVs, que só eram econômicos para instalações maiores que 100 kW.

Um novo amanhecer?

O mercado de CPVs melhorou após o desenvolvimento, no início dos anos 2000, de CPVs multi-junções "tandem" de alta eficiência, que combinam silício com um semicondutor III-V, como o arsenieto de gálio. Na verdade, vários projetos de CPV de vários megawatts foram comissionados em todo o mundo desde 2010 usando esses dispositivos. Os sistemas comerciais modernos têm eficiências de até 42% e a Agência Internacional de Energia acredita que isso pode aumentar para 50% até meados da década de 2020.

E, no entanto, mesmo esses CPVs superiores não são perfeitos, precisando de sistemas de rastreamento ativo para que estejam sempre voltados para o sol, além de resfriamento especial. Isso é muita complexidade adicional para a eficiência extra. Além do mais, as células não funcionam tão bem em condições nebulosas ou poluídas porque o espectro não corresponde às células espectralmente “sintonizadas”. Dias nublados são outro problema porque a luz do sol não está concentrada o suficiente.

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Essas limitações dos sistemas fotovoltaicos de múltiplas junções reduzem sua produção de energia e impactam a economia com custos de capital e contas de manutenção mais altos. É difícil ver como eles podem melhorar os painéis solares fotovoltaicos, cujo preço caiu 82% entre 2010 e 2019, de acordo com o Agência Internacional de Energia Renovável.

A queda no custo da energia solar fotovoltaica de painel plano foi impulsionada principalmente por economias de escala, mas o governo chinês também desempenhou um papel. Ao subsidiar pesadamente sua indústria de energia solar fotovoltaica, alguns argumentaram que a China conseguiu vender painéis solares nos EUA e na Europa por menos do que custa para fabricá-los e enviá-los. Conhecida como “dumping”, a prática afastou os concorrentes e permitiu que os fornecedores chineses dominassem o mercado.

Com a economia agora favorecendo a energia solar fotovoltaica de painel plano tão fortemente, as perspectivas de curto prazo para a indústria de CPV desapareceram. Várias das maiores instalações de fabricação de CPV fecharam suas operações, incluindo as da Suncore, Soitec, Amonix e SolFocus. Os PVs solares de painel plano, apesar de serem menos eficientes, ganharam o dia devido à economia simples.

No entanto, nem tudo está perdido. Talvez uma segunda era de ouro para a tecnologia de concentrador solar esteja chegando, usando a energia concentrada para aquecer líquidos, com o calor armazenado convertido em eletricidade quando o sol não está brilhando. É uma possibilidade fascinante que discutirei no próximo mês.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/its-all-about-the-money-why-seemingly-great-technological-solutions-can-sometimes-fail/