BR112020013491A2 - método de configuração de um filtro multicamada de separação espectral para usos fotovoltaicos e térmicos e filtro e central de geração associados ao método. - Google Patents
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Abstract
MÉTODO DE CONFIGURAÇÃO DE UM FILTRO MULTICAMADA DE SEPARAÇÃO ESPECTRAL PARA USOS FOTOVOLTAICOS E TÉRMICOS E FILTRO E CENTRAL DE GERAÇÃO ASSOCIADOS AO MÉTODO.
A invenção refere-se a um método para configurar um filtro (1) multicamada seletivo para separação espectral da radiação solar, filtro esse adequado para ser disposto em painéis fotovoltaicos para uso em usinas de geração de energia; o filtro (1) multicamada compreendendo uma pluralidade de camadas (2) de diferentes índices de refração e espessuras, sendo o método caracterizado por compreender a realização de uma série de etapas para configurar o referido filtro multicamada (1), de modo que a eficiência fotovoltaica e térmica seja maximizada. A invenção também se refere a um filtro multicamada (1) configurado usando o referido método. A invenção refere-se ainda a uma usina para gerar energia aproveitando a energia solar que compreende o uso de pelo menos um filtro(1) multicamada configurado usando o referido método.
Description
[001] Esta invenção refere-se a um método de configuração de um filtro multicamada de separação espectral para radiação solar para transmitir a referida radiação para uma célula fotovoltaica (FV) nas faixas em que é mais eficiente que um receptor térmico, como uma energia solar de concentração (CSP) e para refletir a referida radiação para um receptor térmico, as faixas de radiação solar nas quais é mais eficiente que a célula fotovoltaica. O principal setor no qual a invenção está incluída é, portanto, o tratamento seletivo da radiação solar a ser usado em sistemas de energia térmica e elétrica de centrais industriais.
[002] No campo das tecnologias de geração de energia solar, dois grupos principais podem ser distinguidos: tecnologia de concentração solar térmica e tecnologia de geração solar fotovoltaica. O princípio operacional de ambos é substancialmente diferente, cada um com suas próprias vantagens e desvantagens. A energia térmica solar é baseada no uso de componentes ópticos, geralmente espelhos, para gerar luz concentrada usada para aquecer um fluido de transferência de calor. O referido fluido superaquecido é usado como entrada em um ciclo de turbina tradicional para aquecer outro fluido que é o fluido que entra no referido ciclo. Por seu lado, a energia solar fotovoltaica é caracterizada pelo uso de semicondutores, principalmente feitos de silício cristalino, que geram eletricidade direta após a absorção da radiação solar por efeito fotoelétrico.
[003] A energia térmica solar tem a grande vantagem de que, como é baseada em fluidos que atuam como meio de aquecimento, elas podem ser armazenadas em tanques e introduzidas no ciclo da turbina na hora exigida do dia, ou mesmo à noite. Isso significa que a energia térmica solar tem a vantagem competitiva de poder ser armazenada para uso posterior. Como uma grande desvantagem, a referida energia é significativamente mais complexa de manusear do que a energia solar fotovoltaica e outras fontes convencionais, tornando mais caro gerar eletricidade por esse meio do que por outras fontes.
[004] A energia fotovoltaica solar é, no entanto, consideravelmente mais simples e seus custos são mais baixos que os da energia solar térmica, sendo comparável ao das fontes convencionais. A grande desvantagem que apresenta é que, como é uma geração direta de eletricidade, seu armazenamento não é viável, a menos que sejam usadas baterias, o que exige altos custos de equipamentos e manutenção. Portanto a energia fotovoltaica não permite na prática de armazenamento em larga escala em centros comerciais, o que implica que a entrega de energia à rede não está sincronizada com a demanda real que possa existir nessa rede.
[005] Na área de sistemas solares térmicos, as duas tecnologias que atualmente dominam o mercado são a calha parabólica e a torre. Naqueles com uma calha parabólica, um conduto ou tubo com o fluido a ser aquecido circula através da região de foco de um ou mais espelhos parabólicos que concentram a radiação solar dentro do referido conduto. Na tecnologia de torre, um campo solar de espelhos concentra a radiação em uma região de concentração localizada dentro da torre na qual está instalado o receptor onde circula o fluido de transferência de calor.
[006] A tecnologia de calha parabólica é a mais madura e tem sido a tecnologia dominante ao longo do desenvolvimento histórico da energia solar térmica. No entanto, recentemente, as torres solares térmicas têm prevalecido, uma vez que possuem entre outras coisas, a vantagem de que a concentração de luz é mais eficaz do que na calha parabólica e, portanto, temperaturas mais altas podem ser alcançadas e a eficiência dos ciclos termodinâmicos pode ser aumentado. Além disso, a circulação de fluidos de transferência de calor é limitada à área central da usina, onde a torre está localizada, enquanto, no cilindro parabólico, sendo um sistema linear, os tubos se estendem inteiramente por toda a usina, o que aumenta muito sua complexidade. Portanto, atualmente as torres solares térmicas têm custos de geração mais baixos do que a calha parabólica e são sem dúvida o futuro desse tipo de tecnologia.
[007] Em relação à tecnologia fotovoltaica, a tecnologia claramente dominante é a do silício mono ou policristalino. São sistemas simples com grandes economias de escala e, portanto, muito baratos e que podem competir em custo com as fontes de geração convencionais.
[008] Além disso, o uso de filtros de luz seletivos é conhecido para certas aplicações solares, como as descritas nos pedidos de patente JP 2009218383 e US 20150083194, nos quais sistemas de torre termosolar são descritos, nos quais os heliostáticos seriam compostos por módulos fotovoltaicos. Esses módulos fotovoltaicos possuem espelhos dielétricos embutidos do tipo espelho quente, ou filmes refletivos infravermelhos que são usados como parte dos elementos destinados a redirecionar a luz solar para o receptor central da torre.
[009] Atualmente, esses sistemas não têm aplicação comercial real, uma vez que espelhos a quente ou filmes refletores de infravermelho, embora sejam elementos capazes de serem incluídos em superfícies refletivas ou coletoras, apresentam uma série de desvantagens e desvantagens que impedem seu uso em larga escala. A razão pela qual esses elementos não são válidos nas aplicações comerciais acima mencionadas é explicada em detalhes abaixo: As películas refletivas infravermelhas compreendem uma deposição de materiais em uma camada polimérica que posteriormente adere ao vidro dos módulos fotovoltaicos. Essa configuração do produto não é válida em aplicativos comerciais. Dado que o filme é exposto, a condições ambientais externas sofre muita degradação, devido à abrasão das condições ambientais da área. Além disso, esses filmes não garantem a reflexão especular necessária para garantir que a radiação refletida seja capaz de alcançar o receptor da torre. Os espelhos quentes compreendem uma deposição de materiais dielétricos para refletir a luz infravermelha e permitir a passagem da luz visível. Eles geralmente são projetados por um comprimento de onda de corte selecionado tipicamente de 700 a 750nm e pela introdução de projetos de materiais periódicos para obter reflexões muito altas a partir desse comprimento de onda de corte. Um espelho quente não é uma especificação de material ideal para uma aplicação térmica solar fotovoltaica pelos seguintes motivos:
o A luz infravermelha começa de 700 a 750nm. A Figura 1 deste documento mostra a curva de transmissão típica de um espelho quente. No entanto, uma célula fotovoltaica de silício tem seus picos máximos de eficiência precisamente na faixa em que o espelho quente começaria a refletir a luz, como pode ser visto na Figura 2 que mostra a eficiência quântica de células de silício comerciais. Portanto um significante útil muito importante seria subtraído da célula fotovoltaica, o que reduz drasticamente seu desempenho; o Como mencionado, um espelho quente busca uma refletância de espectro máxima de aproximadamente 700-750nm, o que é alcançado fazendo projetos periódicos com base nas espessuras de óxidos do quarto do comprimento de onda da faixa a ser refletida, envolvendo um alto número de camadas. Um alto número de camadas aumenta muito o preço, a dificuldade e o tempo da deposição, e inviabiliza seu uso nessas aplicações, nas quais o custo e o número de camadas são fatores limitantes fundamentais; o Em aplicações solares, que fazem uso do espectro solar, existem áreas de infravermelho nas quais nenhuma radiação é recebida, uma vez que existem picos de absorção de vapor de água. Um espelho quente estaria refletindo indiscriminadamente nessas faixas de comprimento de onda, o que não faz sentido, dado que a radiação não é recebida; portanto estaria refletindo 100% de nada. As zonas de refletância de infravermelho em que nenhuma radiação é recebida adicionam um custo desnecessário ao sistema e são mais uma prova de que não são soluções destinadas a aplicações solares; o Um espelho quente transmite toda a área visível, incluindo a área azul, sendo transparente ao olho humano. Uma aplicação térmica solar-fotovoltaica ideal deve ter um material que reflita o azul, uma vez que, nesses comprimentos de onda, a eficiência quântica das células de silício diminui e é mais eficiente refletir a radiação no receptor térmico.
[010] Em relação a essas necessidades declaradas, são conhecidos os pedidos de patente, como o pedido WO 2015117134 A1, no qual são propostos sistemas coletores parabólicos com sistemas de separação espectral, nos quais há novamente falta de detalhes na reivindicação de projeto de filtros seletivos, e perguntas óbvias a respeito da separação espectral da luz são especificadas genericamente.
[011] Em geral, os critérios tradicionais para projetar filtros foram essencialmente baseados na introdução de espessuras de um quarto do comprimento de onda que se pretende refletir. Essencialmente, o método usual é selecionar o comprimento de onda a ser refletido e calcular a espessura dos materiais de acordo com as seguintes expressões
[012] Onde T é a espessura, λ0 é o comprimento de onda que deve ter um pico máximo de refletância e n são os índices de refração. A largura da refletância é definida pelo contraste do índice e a intensidade da reflexão é controlada adicionando o torque com as mesmas espessuras n vezes até que o pico desejado seja alcançado. Para estender o alcance da reflexão seria necessário pegar outro par de espessuras e repeti- lo n vezes.
[013] Esse critério de projeto para filtros de interferência é aquele usado na óptica tradicional e que, mesmo sem ser especificamente detalhado nas patentes relacionadas às usinas solares, é mostrado para ser usado ao nomear conceitos como espelhos quentes ou filmes refletores de calor, dado que esses componentes se baseiam nesses projetos e também têm curvas de transmissão idênticas às que podem ser obtidas com projetos periódicos.
[014] Portanto, principalmente devido ao fato de o estado da arte dos filtros de interferência baseados na óptica tradicional não estar adaptado às aplicações solares e ser baseado em projetos periódicos, são obtidas soluções muito ineficientes e caras que apresentam um certo grau de dificuldade em sua fabricação. Portanto não é surpreendente que nenhum dos sistemas reivindicados nas patentes mencionadas tenha encontrado aplicação comercial.
[015] Como alternativa às soluções detalhadas acima, também são conhecidos filtros solares seletivos depositados no vidro como substrato, como os descritos no pedido de patente ES 2636800 A1. Neste tipo de filtro que compreende camadas periodicamente alternadas de alto e baixo índice de refração, a luz incidente sofre reflexão seletiva para permitir que a maioria dos comprimentos de onda passe para uma célula fotovoltaica e para refletir a maioria dos comprimentos de onda em direção a um receptor térmico. No entanto, esses filtros estão longe de ser uma solução ideal para sua aplicação comercial, uma vez que existem comprimentos de onda refletidos no receptor térmico, onde os semicondutores das células fotovoltaicas ainda são altamente eficientes e, portanto, não são a solução geral mais eficiente para um filtro seletivo localizado em um campo solar híbrido composto por módulos fotovoltaicos (FV) e uma central térmica solar (CPS) do receptor central. Esse conjunto de comprimentos de onda, os quais não são mais usados nesses filtros periódicos, é bloqueado pela dificuldade em configurar um filtro adequado e mais eficiente.
[016] Devido a tudo isso, ainda é necessário fornecer um filtro de luz seletivo que seja fácil de configurar e fabricar com um baixo número de camadas que permita a seleção do comprimento de onda da luz solar incidente com alta eficiência a ser ajustada, superando as soluções conhecidas do estado da técnica; e que, como valor agregado, é simples e de baixo custo. A obtenção de um filtro solar simples e altamente eficiente, com um baixo número de camadas, reduziria a complexidade de fabricar e reparar os filtros em usinas solares, pois exigiria menos tempo para a deposição das camadas e adicionalmente a menor quantidade de material, o mais simples e mais barato seria substituí-los ou repará-los.
[017] A presente invenção propõe uma solução para este problema técnico colocado, através de um método de configuração de um filtro multicamada de luz seletivo que permita superar as dificuldades mencionadas acima, através da configuração de um filtro multicamada aperiódico altamente eficiente dentro de uma faixa de comprimento de onda desejada, com baixo número de camadas.
[018] Um objetivo desta invenção refere-se, embora sem limitação, ao desenvolvimento de um método de configuração de um filtro multicamada de separação espectral para radiação solar adequado para colocação em painéis fotovoltaicos, para uso em centrais de geração de energia, para uso de energia solar, em que o filtro multicamada compreende várias camadas com diferentes índices de refração e espessuras.
Vantajosamente, o referido método envolve a realização dos seguintes passos para configurar o referido filtro multicamada, em termos de uma transmitância e refletância desejadas, dentro de uma faixa de comprimento de onda: a) um primeiro filtro inicial é definido, com um número de camadas e índices de refração de camadas conhecidas, com uma espessura aleatória de cada camada; b) a resposta de transmitância e refletância do referido filtro inicial dentro da faixa de comprimento de onda desejada é calculada de acordo com a admissão óptica do filtro inicial e a admissão óptica do meio; c) a eficiência fotovoltaica do referido filtro inicial é calculada de acordo com a transmitância e refletância calculada na etapa b), dentro da faixa de comprimento de onda desejada; em que: - a eficiência fotovoltaica é calculada multiplicando a taxa de desempenho, ou a taxa de desempenho padrão, de uma instalação fotovoltaica pela eficiência da célula fotovoltaica, de acordo com sua resposta espectral; e - a eficiência da célula fotovoltaica é definida em termos de densidade de corrente da célula, radiação global, tensão de circuito aberto da célula e fator de preenchimento; d) a eficiência térmica do referido filtro inicial é calculada de acordo com a transmitância e refletância calculada na etapa b), dentro da faixa de comprimento de onda desejada; em que: - a eficiência térmica é calculada multiplicando a eficiência média anual de uma usina termelétrica solar concentrada, pela razão de radiação direta versus radiação direta adicionada à radiação difusa pela refletância integrada do filtro inicial, para a faixa de comprimento de onda desejada; e
- a eficiência média anual de uma usina de energia solar concentrada é calculada multiplicando os fatores eficiência do campo solar, eficiência do ciclo de energia da turbina e perda de eficiência da usina devido ao autoconsumo de equipamentos; e) uma função de mérito é calculada e registrada, calculada como a soma das eficiências fotovoltaica e térmica resultantes das etapas c) e d); f) um conjunto de filtros iniciais é definido com o mesmo número de camadas que o primeiro filtro inicial, mas com espessuras diferentes para as camadas de cada um dos referidos filtros em relação ao primeiro filtro inicial e as etapas b) a e) são repetidas para cada um dos referidos filtros; g) o filtro multicamada ideal é selecionado, pertencente ao conjunto de filtros da etapa f) mais o primeiro filtro inicial, em que o filtro multicamada ideal compreende a combinação de espessuras que maximiza a função de mérito para um determinado número de camadas de todas as funções de mérito calculadas na etapa e).
[019] Isso é conseguido pelo fornecimento de uma ferramenta para configurar um filtro de múltiplas camadas aperiódico, o qual é altamente eficiente dentro da faixa de comprimento de onda desejada. É especialmente possível configurar um filtro solar que reflita os comprimentos de onda menos eficientes no nível fotovoltaico e que transmita os comprimentos de ondas mais eficientes, maximizando a eficiência e, além disso, dependendo do tipo de semicondutor usado para a conversão fotovoltaica, o filtro pode ser reprojetado. Além disso, ele pode ser reprojetado sob outros critérios técnicos, ainda maximizando a eficiência.
[020] Numa modalidade preferida da invenção, o método de configuração de um filtro seletivo de separação espectral de multicamadas para radiação solar envolve ainda uma etapa adicional, na qual um conjunto de filtros secundários é definido. Cada um desses filtros com um número diferente de camadas entre eles, bem como um número diferente de camadas do primeiro filtro inicial, com índices de refração conhecidos e com uma espessura aleatória de cada camada; as etapas b) a g) são repetidas para obter um filtro multicamada ideal do conjunto de filtros secundários para cada número determinado de camadas.
[021] Isso é obtido pelo fornecimento de um conjunto de soluções de filtro ideais para cada número determinado de camadas de filtro.
[022] De preferência, o método da invenção inclui ainda uma etapa adicional, em que: - uma função de mérito crítico desejada é estabelecida; - um número crítico desejado de camadas é estabelecido; - um filtro ótimo final é selecionado a partir de todos os filtros ótimos registrados, de modo que o referido filtro ótimo final seja aquele que mais se aproxima dos critérios estabelecidos da referida função de mérito crítico e do número crítico de camadas.
[023] Isso possibilita a escolha de um filtro ideal que tenha um certo número de camadas, como por exemplo um baixo número de camadas, para simplificar a fabricação. Dessa maneira, também é possível escolher critérios mínimos para a eficiência total do filtro, ou alcançar um compromisso entre o número de camadas e a eficiência total. Opcionalmente, esses critérios podem ser modificados e novos critérios podem ser estabelecidos, de acordo com as necessidades do filtro específico.
[024] Em uma modalidade preferida da invenção, na etapa b) do método da invenção, a resposta de transmitância e refletância do referido filtro inicial dentro da faixa de comprimento de onda desejada é calculada através do cálculo de pelo menos os seguintes parâmetros: - a matriz característica de um sistema multicamada; - o termo da fase, de acordo com o comprimento de onda, espessura da camada e ângulo de incidência; - o complexo índice de refração de um sistema multicamada; - a admissão óptica de um substrato, no qual é realizada uma deposição de multicamadas para construir o filtro multicamada.
[025] Numa modalidade preferida da invenção, na etapa c) do método da invenção, a densidade de corrente é calculada a partir do comprimento de onda da eficiência quântica da célula da carga do elétron da constante de Planck e da velocidade da luz.
[026] Outro objetivo da invenção refere-se a um filtro seletivo de separação espectral multicamada para radiação solar adequado para maximizar a eficiência de um sistema de energia fotovoltaica e térmica solar concentrada, configurado através de um método de configuração de acordo com qualquer uma das modalidades anteriores. De preferência, o referido filtro multicamada compreende camadas na estrutura aperiódica. Mais preferencialmente, o referido filtro multicamada é dicroico.
[027] Com isso, a gama de configurações dos filtros de luz seletivos é bastante ampliada em relação ao estado da arte, uma vez que sua configuração não se restringe a um projeto periódico. Portanto, com um filtro aperiódico, é possível causar reflexos de diferentes comprimentos de onda em cada camada, o que aumenta as combinações possíveis que resultam nos reflexos, não ficando restrito aos reflexos de Fabry-Pérot ou àqueles reflexos resultantes da soma dos reflexos de uma estrutura periódica das camadas conhecidas.
[028] Mais preferencialmente, o filtro multicamada compreende óxidos transparentes de alto e baixo índice de refração. Ainda mais preferencialmente, o filtro multicamada compreende óxido de titânio e óxido de silício, ou qualquer composto dele derivado. Ainda mais preferencialmente, as camadas de óxido de silício e óxido de titânio têm espessuras entre 5 e 500nm.
[029] Numa modalidade preferida do filtro multicamada, este último é configurado de tal forma que o comprimento de onda varia com reflexão mínima na referida estrutura aperiódica, correspondendo a faixas de comprimento de onda com absorção máxima no espectro solar terrestre. Isso é conseguido pelo fornecimento de um filtro projetado para uso em usinas de energia solar que compreende células fotovoltaicas e um receptor térmico.
[030] Numa modalidade preferida do filtro multicamada, o filtro compreende um substrato de vidro. A deposição das camadas no substrato de vidro é preferencialmente realizada por meio da técnica de pulverização.
[031] Numa modalidade preferida do filtro multicamada, o filtro compreende entre 3 e 20 camadas. De preferência, o filtro compreende entre 3 e 10 camadas. Mais preferencialmente, o filtro compreende entre 5 e 7 camadas.
[032] Numa modalidade preferida do filtro multicamada, o filtro compreende entre 3 e 20 camadas. De preferência, o filtro compreende entre 3 e 10 camadas. Mais preferencialmente, o filtro compreende entre 5 e 7 camadas.
[033] Outro objetivo da invenção refere-se a uma usina de geração de energia aproveitando a energia solar, a qual compreende o uso de pelo menos um filtro multicamada configurado através de um método de configuração de acordo com as modalidades anteriores, em que pelo menos um filtro multicamada é configurado para permitir a radiação solar de comprimentos de onda visíveis passar para uma célula fotovoltaica correspondente e refletir a radiação solar de comprimentos de onda mais curtos e mais longos em relação à radiação visível para um receptor central.
[034] Deste modo, esta invenção fornece uma solução que supera os problemas do estado da arte, permitindo a configuração de um filtro multicamada projetado especificamente para ter uma alta eficiência e um baixo número de camadas, o que simplifica bastante o processo de fabricação e abre uma porta para a fabricação e comercialização industrial desses filtros solares seletivos para implantação em usinas térmicas fotovoltaicas e térmicas solares.
DESCRIÇÃO DAS FIGURAS Figura 1 mostra a curva de transmissão de um espelho quente padrão. Figura 2 mostra a eficiência quântica típica das células fotovoltaicas de silício. Figura 3 mostra um diagrama de uma seção longitudinal de um filtro aperiódico e um diagrama de sua operação óptica, de acordo com uma modalidade preferida da invenção. Figura 4 mostra a curva de transmitância e a curva de refletância de um filtro de luz seletivo, com uma estrutura aperiódica de 7 camadas, o que maximiza a eficiência fotovoltaica e de concentração térmica solar (FV-CSP), configurada pelo método da invenção, de acordo com uma modalidade preferida da mesma. Figura 5 mostra um diagrama de uma usina de geração de energia usando energia solar, a qual compreende uma célula fotovoltaica e um receptor térmico central, conforme descrito nesta invenção.
[035] A fim de ajudar para uma melhor compreensão das características técnicas da invenção, as Figuras são acompanhadas por uma série de referências numéricas, em que, à título de exemplo e de modo algum exaustivo, é mostrado o seguinte:
(1) Filtro multicamada (2) Camadas de filtro (2’) Interfaces (3) Substrato de filtro (4) Célula fotovoltaica ou FP fotovoltaica (5) Receptor central térmico ou receptor da usina de energia térmica solar concentrada (CSP) 100 Feixe incidente 101 Feixe refletido resultante 102 Partes refletidas nas interfaces 104 Parte da luz transmitida pelo filtro
[036] Abaixo está uma descrição detalhada do método e filtro da invenção, referindo- se a uma modalidade preferida do mesmo, com base nas Figuras 3-5 deste documento. A referida modalidade é proporcionada a título de exemplo, mas de nenhuma maneira exaustiva, das finalidades da invenção reivindicada.
[037] Um objetivo da invenção refere-se a um método para configurar um filtro (1) multicamada de luz solar seletiva (Figura 3), de preferência compreendendo óxidos transparentes (em uma faixa de comprimento de onda de interesse), com um alto e baixo índice de refração, alternado em uma configuração aperiódica no que diz respeito à sua espessura na estrutura da camada (2), e depositada diretamente sobre um substrato de vidro (3). O método da invenção foca, portanto, na configuração de um filtro (1) que compreende um baixo número de camadas (2) e que é ideal para: - transmissão da luz solar em seu caminho para uma célula fotovoltaica (FV) (4) localizada adjacente ao filtro (1), nos comprimentos de onda em que a célula fotovoltaica (4) é mais eficiente em termos de absorção de energia solar, para transformá-la em energia elétrica; - reflexão da luz do sol que alcança o filtro (1) nos comprimentos de onda em que a célula fotovoltaica (4) é menos eficiente em termos de absorção de energia solar para transformá-la em eletricidade; e ao mesmo tempo coleta da luz do sol refletida em um receptor térmico (5), como por exemplo uma usina de energia térmica solar concentrada (CSP) (5).
[038] No método de configuração do filtro (1) multicamada da invenção, a teoria eletromagnética conhecida e o conhecimento geral da física do estado sólido, aplicados a sistemas multicamadas como o filtro (1), às células fotovoltaicas (FV) (4) adjacentes aos referidos sistemas multicamadas, bem como a usinas de energia solar de célula fotovoltaica (4) e a usinas de energia térmica solar concentrada (CSP) (5), são usados.
[039] O método da invenção compreende quatro estágios fundamentais: definição de um filtro inicial; cálculo da resposta do filtro; otimização da espessura das camadas (2) para um número determinado de camadas (2); e otimização do número de camadas (2). Cada uma das etapas é descrita em detalhes abaixo.
1. Definição de um filtro inicial.
[040] O método requer dados de base antes de otimizar o filtro (1) multicamada. Primeiramente, um filtro inicial j é definido. Supõe-se que o referido filtro inicial j seja fabricado por deposição camada por camada (2) em um substrato conhecido (3), para o qual é necessário escolher um número L de camadas (2) com uma conhecida espessura aleatória: em que i = 1, ..., L e tij é a espessura inicial aleatória da camada (2) i do filtro inicial j. Cada camada (2) possui um índice de refração complexo conhecido Ni dentro de uma determinada faixa de comprimento de onda:
2. Cálculo da resposta inicial do filtro.
[041] Em segundo lugar, a resposta do filtro inicial j quando a radiação solar chega a ele deve ser calculada. Para isso, é definido um intervalo de comprimento de onda dentro do qual o filtro (1) multicamada deve ser otimizado.
[042] Posteriormente, é calculada a resposta do filtro inicial j, a qual é seletivamente leve, definida pelas seguintes equações:
em que: - Eq. 2.4 é a matriz característica de um sistema multicamada que define a resposta óptica do filtro inicial j, em que L se refere ao número da camada (2); - δL é o termo de fase da camada L, λ é o comprimento de onda, tL é a espessura da camada L do filtro inicial j e θL é o ângulo de incidência da radiação em relação ao sistema multicamada; - NL é o índice de refração complexo, em que nL é o índice de refração e kL é o coeficiente de extinção; ambos previamente conhecidos. - ηs é a admissão óptica do substrato (3), no qual é realizada a deposição das camadas (2), que é conhecida. - EA é a intensidade do campo elétrico. - HA é a intensidade do campo magnético.
[043] Resolvendo a Eq. 2.4 através de todos os parâmetros conhecidos, são alcançados os coeficientes de resolução p11, p12, p21, p22, da matriz característica:
[044] Isto posto, a admissão óptica da multicamada é definida por:
[045] O coeficiente de reflexão complexo pode ser calculado de acordo com as seguintes equações:
r = ƞA-Y (Eq.2.7) ƞA+Y ƞA (s polarização) = NAcos(ƟA) (Eq.2.8) ƞA (p polarização) = NA/cos(ƟA) (Eq.2.9) em que ƞ A é a admissão óptica do meio (ar, neste caso) e é definido pelas Eq. 2.8 e 2.9, dependendo se a polarização da luz é s ou p.
[046] Por fim, a transmitância total e a refletância da multicamada inicial ou do filtro j são calculadas de acordo com o comprimento de onda:
[047] Neste sentido, para o filtro inicial j com parâmetros conhecidos, sua resposta espectral é caracterizada por um determinado comprimento de onda. Este cálculo pode, portanto, ser aplicado a uma faixa de comprimento de onda discreta de interesse. Especificamente, para todos os comprimentos de onda no espectro solar, a resposta do filtro inicial j pode ser calculada.
[048] Uma vez que a resposta espectral do filtro inicial j foi caracterizada para todos os comprimentos de onda, a eficiência total do filtro inicial j Eftotal j pode ser calculada em termos, de acordo com um mérito com um componente de eficiência fotovoltaica (FV) EfPV e outro componente de eficiência térmica (CSP) EfCSP: (Eftotal j = EfPV j + EfCSP j →) Eftotal = EfPV + EfCSP (Eq.2.12)
[049] Para calcular a eficiência fotovoltaica EfPV do filtro inicial j, são utilizadas as seguintes expressões: em que:
- PR é a taxa de desempenho típica de usinas fotovoltaicas (FV), a qual normalmente tem um valor em torno de 08; em que as perdas de eficiência por fator cosseno são levadas em consideração (desmarcação em relação ao fator cosseno normal do sol); perdas de sombreamento; perdas espectrais; perdas por irradiação; perdas de temperatura; perdas de descasamento; perdas de fiação; perdas devido ao funcionamento do inversor; perdas de eficiência do inversor devido à operação fora do ponto nominal; perdas do inversor devido ao recebimento de energia fora do seu limite de trabalho; perdas do inversor devido à tensão dentro de sua faixa de operação; perdas do inversor devido ao recebimento de tensão fora do seu limite operacional; perdas devido ao consumo de equipamentos durante a noite; perdas devido ao autoconsumo de equipamentos auxiliares; perdas em CA e perdas devido à estação transformadora: PR = ƞcosx ƞsombrax ƞIAMx ƞsujeirax ƞirradx ƞTx xƞ missmatch ƞfiação ƞinversor_opx ƞinversor nominalx x x xƞ inversor limite ƞinversor voltagem ƞinversor limite voltagem x x x xƞ consumo noite ƞequipamentos auxiliares ƞAC_Ohmix ƞTransformador x x x
(Eq.2.14)
- Efcel é a eficiência da célula fotovoltaica, de acordo com sua resposta espectral que, em modelos simples, é geralmente definida pela seguinte expressão:
em que Jsc é a densidade atual da célula fotovoltaica, GNI é a radiação global (radiação direta mais radiação difusa), Voc é a tensão de circuito aberto da célula e FF é o fator de enchimento característico.
Jsc, a densidade atual da célula fotovoltaica, depende do espectro e é, por sua vez, definida pelas seguintes expressões em modelos simples:
Jsc (λ) = λxGNI(λ)xEQExTransmissãofiltro(λ)x q_
hxc
(Eq.2.17)
em que λ é o comprimento de onda, GNI é a radiação global, EQE é a eficiência quântica da célula fotovoltaica, q é a carga do elétron, h é a constante de Planck, e c é a velocidade da luz, e Transmissãofiltro é o filtro de transmissão integrado do filtro para que o espectro solar seja otimizado integrando Jsc em todo o espectro solar com a ajuda da Eq. 2.16 e 2.17 e calculando o PR típico de uma usina fotovoltaica como na Eq. 2.14; o cálculo da eficiência fotovoltaica do filtro inicial j via Eq 2.13: EfPV j está completo.
[050] Da mesma forma, para calcular a eficiência térmica solar do filtro inicial j EfCSP j, a seguinte expressão é usada: EfCSP = EfAVx DNI xReflectânciafiltro
GNI (Eq.2.18) em que: - EfAv é a eficiência média anual de uma usina de energia solar concentrada (CSP), normalmente entre 15 e 20%, dependendo do tipo de usina. Isso normalmente é calculado através da seguinte expressão (Eq. 2.19), na qual os fatores multiplicados para o cálculo são a eficiência do campo solar, a eficiência do ciclo de energia da turbina e a perda de eficiência da usina devido ao consumo de equipamentos: Efav = ηcampo solarx ηciclo de potênciax ηauto-consumo (Eq.2.19)
[051] A eficiência do campo solar seria calculada de acordo com a seguinte expressão: ηcampo solar = ηcosx ηsombrasx ηatenuaçãox ηbloqueiosx x ηderramamentox ηreceptor térmicox ηdumping (Eq.2.20) em que os fatores multiplicativos da Eq. 2.20 representam os seguintes conceitos: eficiência por fator cosseno (des-direcionamento em relação ao fator cosseno normal do sol); sombras entre coletores adjacentes; perdas de energia devido à atenuação atmosférica; bloqueios (energia refletida que não atinge o receptor térmico devido ao seu impacto nos coletores adjacentes); perdas por transbordamento (a luz refletida que não está bloqueada não atinge o dissipador de calor, pois os sensores estão desalinhados ou funcionam fora da faixa de tolerância permitida); perda de conversão de energia térmica-leve no receptor e, por fim, energia que não é introduzida no receptor, pois não aceita mais carga térmica e os coletores estão completamente destravados. - DNI/GNI é a razão entre radiação direta e radiação global. - Reflectânciafiltro é a refletância integrada do filtro multicamada para o espectro solar a ser otimizado, a qual normalmente é calculada usando a seguinte expressão: Reflectânciafiltro = Σλλ x DNI(λ)x R (λ)
DNI (Eq.2.20)
[052] Dessa forma, para o filtro inicial j, uma função de mérito Eftotal j pode ser obtida de acordo com a Eq. 2.12 e com a ajuda do conjunto de expressões Eq. 2.1 - 2.11 e Eq.
2.13 - 2.20. Esta função de mérito calculada para o filtro inicial j é registrada neste estágio.
3. Otimização da espessura das camadas (2) para um número determinado de camadas (2).
[053] Na próxima etapa, um conjunto de filtros iniciais j=2,…, J é definido com o mesmo número L de camadas (2) que o primeiro filtro inicial j=1, mas com espessuras aleatórias diferentes para as camadas L (2): t¡j = {t¡j}={tij, t2j,..., tLj} (Eq. 3.1)
[054] Dessa forma, cada {tij} é um conjunto diferente de espessuras aleatórias para um determinado número L de camadas (2), em que existem J conjuntos de espessuras aleatórias, um para cada filtro inicial j: {t¡1}, {t¡2}, ..., {tiJ}.
[055] Para cada um desses filtros iniciais j, com sua espessura {tij}, todos os cálculos da etapa anterior são repetidos; isto é, a resposta inicial do filtro é calculada usando as equações Eq. 2.1 - 2.20, registrando todas as funções de mérito resultantes, obtendo um conjunto de funções de mérito J: {Eftotal j} with j=1, ..., J.
[056] Posteriormente, o filtro (1) ótimo j=M pertencente ao conjunto de filtros mencionado acima é selecionado de tal maneira que o referido filtro (1) ótimo M compreenda a combinação de espessuras {t¡M} que maximize a função de mérito Ef total M para um determinado número L de camadas (2) de todas as funções de mérito calculadas na etapa anterior.
[057] O método de configuração do filtro (1) multicamada é, portanto, capaz de quantificar a função de mérito até que o filtro (1) ideal para um número definido de camadas L (2) seja encontrado.
4. Otimização do número de camadas (2).
[058] O método da invenção pode incluir uma etapa final, na qual um filtro (1) ótimo é calculado para várias quantidades de diferentes camadas; isto é, variando o parâmetro L para então escolher um dos referidos filtros (1) ótimos.
[059] Para isso, é definido um conjunto secundário s={L1, ..., Ls}, de filtros iniciais, cada um desses filtros com um número Ls de camadas (2) diferentes umas das outras, bem como diferentes do número L de camadas (2) do primeiro filtro inicial j, com índices de refração conhecidos e com uma espessura aleatória de cada camada (2): s={s}={L1,..., Ls} (Eq. 4.1) tij={tij}={t1j, t2j,..., tLs j} (Eq. 4.2) N¡={N¡}={N1, N2,..., NLS} (Eq. 4.3) em que i=1, ..., Ls é a camada (2) em questão e tij é a espessura inicial aleatória da camada (2), i, do filtro inicial jç agora pertencente ao conjunto s. Cada camada (2) também possui um índice de refração complexo, Ni, conhecido em uma faixa de comprimento de onda específica.
[060] Os cálculos nas etapas 2 e 3 são repetidos para cada um desses filtros iniciais j do conjunto secundário s={L1,..., Ls}, para obter um filtro (1) ideal do filtro secundário definido para cada número Ls das camadas (2) fornecidas e esses resultados são registrados.
[061] Por fim, um filtro final é selecionado dentre todo o conjunto de filtros (1) ideais que atende a outros critérios técnicos, como a quantidade de material disponível para sua fabricação, a possível precisão na espessura das camadas no momento em que são depositadas, ou a eficiência mínima desejada. Assim, nem todos os filtros (1) ótimos precisam ser igualmente eficientes para um número diferente de camadas Ls. Por exemplo, um filtro (1) ideal com camadas Ls=20 pode ter alta eficiência e um filtro (1) ideal com camadas Ls=5 pode ter uma eficiência apenas de uma pequena porcentagem abaixo da anterior. Neste caso, o filtro (1) ideal com o menor número de camadas pode ser selecionado como o filtro final, devido à sua simplicidade ao fabricá-lo. Como alternativa, outros critérios de seleção para um filtro final podem ser estabelecidos, dependendo das necessidades técnicas.
[062] O método para configurar um filtro (1) multicamada ideal que maximize a função de mérito definida na Eq. 2.12 descrito acima trata-se, portanto, da resolução de um problema matemático complexo que inclui campos de óptica, semicondutores, energia solar fotovoltaica PV e energia solar CSP. O método da invenção fornece uma maneira de encontrar soluções altamente eficientes, técnica e economicamente viáveis, para configurar um filtro (1) seletivo para a luz solar. Abordar esse problema usando projetos convencionais, aplicando a teoria do quarto de onda do estado da técnica, não permite que seja alcançada uma solução tão precisa e eficiente quanto com o método descrito nos parágrafos anteriores.
[063] De acordo com o método da invenção, o filtro (1) seletivo de luz normalmente possui um desenho aperiódico (dado que um desenho periódico não é necessariamente mais eficiente), formado por um par de óxidos transparentes de alto a baixo índice de refração, que resolve as deficiências no estado da técnica e apresenta uma série de vantagens: Por ser um projeto aperiódico, o número de camadas (2) necessárias para a otimização é bastante simplificado, o que resulta em simplicidade e em um custo de fabricação muito baixo. A Figura 4 mostra a curva de refletância e a curva de transmitância para configuração do filtro (1) de apenas 7 camadas, o que melhora a eficiência, simplifica a fabricação e adicionalmente reduz os custos, uma vez que menor deposição no substrato (3) e menos material são necessários. É um projeto muito mais eficiente do que filmes de calor, ou espelhos quentes, uma vez que seleciona espectralmente qual faixa ou faixas de comprimento de onda transmitir ou refletir, a fim de maximizar a eficiência conjunta do sistema. As faixas de comprimento de onda de espelhos quentes ou filmes refletores de calor não são ajustadas para maximizar a eficiência do sistema fotovoltaico e solar térmico (PV+CSP); O projeto aperiódico permite discernir as áreas do espectro solar nas quais a célula fotovoltaica (4) recebe radiação, podendo não refletir a radiação em áreas infravermelhas que não recebem radiação solar, devido aos picos de absorção de vapor de água; Permite maior sensibilidade espectral com menos camadas (2), ao transmitir ou refletir luz que novamente possui uma melhor relação custo/benefício. Como pode ser visto na Figura 4, a refletância/transmitância desses filtros (1) difere da de um filme de calor ou espelho quente. Em primeiro lugar, a transmitância é muito alta, até aproximadamente
1.000nm, dado que, até esse comprimento de onda, a energia que seria obtida por uma transformação fotovoltaica é mais eficiente do que a transformação térmica solar. Além disso, é observado um pico de reflexão muito pronunciado, entre 400-500nm, o que confere um tom azulado muito distinto em relação a um filme de calor e que também maximiza a eficiência total do sistema, uma vez que, dentro desses limites, a célula fotovoltaica (4) não é muito eficiente.
[064] Outro objetivo da invenção refere-se a um filtro (1) multicamada configurado através do método descrito acima. De preferência, as camadas (2) que compreendem o filtro (1) são um par de óxidos transparentes de alto e baixo índice de refração e podem ser depositadas diretamente no vidro de um módulo fotovoltaico; mais preferencialmente, em seu lado interno, para que seja protegido contra condições externas.
[065] As características de um filtro (1) seletivo de radiação solar multicamada apto a maximizar a eficiência integrada de uma instalação de PV-CSP de acordo com uma modalidade preferida da invenção são genericamente descritas abaixo.
[066] Numa modalidade preferida do filtro (1) seletivo leve da invenção, o referido filtro (1) é dicroico. Com o referido filtro (1) dicroico, é alcançado um tratamento diferenciado da luz solar, de acordo com o comprimento de onda, de modo que uma fração do espectro seja refletida seletivamente, enquanto a outra fração é transmitida através dele; isto é, ele é um filtro (1) óptico usado para refletir ou transmitir seletivamente a luz de acordo com seu comprimento de onda. O comprimento de onda de corte é selecionado conforme a necessidade.
[067] Em geral, o filtro (1) dicroico compreende uma pilha de camadas (2) de dois materiais transparentes (no visível, ou dentro de uma faixa de comprimentos de onda) de diferentes índices de refração. O conjunto da camada de baixo índice/camada de alto índice pode ter uma sequência periódica ou aperiódica, dependendo das características dos espectros de reflexão e transmissão desejados.
[068] Ainda mais preferencialmente, o filtro (1) dicroico da invenção é fabricado por técnicas de pulverização e seu design será definido pela seguinte fórmula ou expressão: Substrato / (a1A) / (b1B) / (a2A) / (b2B)/.../ (anA) / (bnB) (Eq. 5.1) em que a barra "/" representa uma interface entre as camadas (2), em que A é o material de alto índice e B é o de baixo índice de refração, e em que ai e bi são as espessuras específicas das camadas (2). No caso de projetos periódicos, a1=a2=....=an and b1=b2=.....=bn, enquanto, no caso de projetos aperiódicos, as espessuras terão valores diferentes, sendo este último ideal para aplicações solares, uma vez que geram não apenas reflexões interferenciais causadas por um projeto periódico, mas também permitem que diferentes reflexões sejam obtidas em cada camada e aumentam o número de combinações. Essa complexidade pode parecer uma desvantagem a priori, embora seja exatamente o que permite que o filtro (1) seja configurado, de acordo com os requisitos desejados, por meio de uma poderosa ferramenta de cálculo.
[069] Em outra modalidade preferida da invenção, o filtro (1) é configurado para permitir que a radiação solar de comprimentos de onda visíveis passe para a célula fotovoltaica correspondente (4), e para refletir a radiação solar de comprimentos de onda na região azul e de 950 a 1.000nm ao receptor central (5).
[070] Um gráfico espectral dos comprimentos de onda refletidos pelo filtro (1) da invenção é mostrado na Figura 4, de acordo com uma modalidade preferida do mesmo.
[071] Mais preferencialmente, o filtro (1) dicroico compreende camadas de óxidos transparentes de alto/baixo índice de refração (em uma faixa de comprimento de onda como a faixa visível), laminadas na célula fotovoltaica (4). As referidas camadas de óxidos transparentes são depositadas em substratos de vidro por pulverização que é idealmente laminada em células fotovoltaicas (3). Ainda mais preferencialmente, os referidos óxidos são óxido de silício como elemento de baixo índice de refração e óxido de titânio como elemento de alto índice de refração.
[072] Ainda mais preferencialmente, as espessuras de óxido de silício e óxido de titânio estarão entre 5 e 500nm.
[073] A operação da reflexão e transmissão da luz solar em um filtro (1) multicamada como o da invenção se assemelha à da Figura 3, em que uma possível seção longitudinal de um filtro (1) aperiódico é mostrada sob a cobertura transparente de uma célula fotovoltaica (4). Nessa estrutura multicamada, o raio incidente de luz (100) passa por processos de reflexão e refração em todas as interfaces (2) existentes entre as diferentes camadas (2) e entre a última camada (2) e o ar interno e a primeira camada (2) e o substrato (3) que configuram a cobertura transparente, de modo que as partes refletidas (102) nas diferentes interfaces (2) deixam o filtro (1), formando um feixe refletido (101), no qual, dado que cada parte refletida (102) viaja diferentes caminhos ópticos, gerou processos de interferência óptica que removem certas faixas de comprimentos de onda no feixe refletido resultante (101). Essa faixa de comprimento de onda não refletida será precisamente a parte da luz transmitida (104) para a célula fotovoltaica (4).
[074] Portanto, conforme descrito, esses filtros (1) são projetados com algoritmos genéticos complexos que selecionam a combinação ideal de espessuras para as camadas (2) entre milhões de combinações possíveis para maximizar a soma da eficiência na transformação da radiação solar dentro da faixa fotovoltaica (a faixa de comprimento de onda em que o semicondutor de silício normalmente absorve fótons para convertê-los em energia elétrica) e a eficiência na transformação da radiação solar dentro da faixa de energia térmica solar concentrada (PV+CSP).
[075] Nenhuma das soluções ideais é baseada em um projeto periódico, o que limita bastante as opções de configuração do filtro (1) multicamada.
Deste modo, a invenção propõe uma solução que supera os problemas técnicos colocados, ao fornecer um filtro (1) ad-hoc aperiódico para refletir e transmitir seletivamente a luz solar.
Além disso, muitas camadas (2) não são necessárias para encontrar soluções ideais no nível global de desempenho do PV+CSP, o que fornece viabilidade do produto para aplicações solares em nível industrial, devido à alta eficiência alcançada através da configuração obtida pelo método da invenção.
Esse tipo de solução é baseado em sistemas de computação muito poderosos para otimizar a função de mérito descrita que se afasta da teoria do projeto tradicional e dos métodos para filtros interferenciais, superando as dificuldades do estado da técnica.
Claims (15)
1. Método de configuração de um filtro (1) multicamada de separação espectral para radiação solar, seletivo, adequado para colocação em painéis fotovoltaicos, para uso em usinas de geração de energia, usando energia solar, em que o filtro (1) multicamada compreende várias camadas (2) de diferentes índices de refração e espessuras, em que o referido método é caracterizado por envolver o desempenho das etapas a seguir para configurar o referido filtro (1) multicamada em termos de uma transmitância e refletância desejadas, dentro de um intervalo de comprimentos de onda: a) um primeiro filtro inicial é definido, com um número de camadas (2) e índices de refração de camadas (2) conhecidas, com uma espessura aleatória de cada camada (2); b) a resposta de transmitância e refletância do referido filtro inicial dentro da faixa de comprimento de onda desejada é calculada de acordo com a admissão óptica do filtro inicial e a admissão óptica do meio; c) a eficiência fotovoltaica do referido filtro inicial é calculada de acordo com a transmitância e refletância calculada na etapa b), dentro da faixa de comprimento de onda desejada; em que: - a eficiência fotovoltaica é calculada multiplicando a taxa de desempenho, ou a taxa de desempenho padrão, de uma instalação fotovoltaica pela eficiência da célula fotovoltaica, de acordo com sua resposta espectral; e - a eficiência da célula fotovoltaica é definida em termos de densidade de corrente da célula, radiação global, tensão de circuito aberto da célula e fator de preenchimento; d) a eficiência térmica do referido filtro inicial é calculada de acordo com a transmitância e refletância calculada na etapa b), dentro da faixa de comprimento de onda desejada; em que: - a eficiência térmica é calculada multiplicando a eficiência média anual de uma usina termelétrica solar concentrada, pela razão de radiação direta versus radiação direta adicionada à radiação difusa pela refletância integrada do filtro inicial, para a faixa de comprimento de onda desejada; e
- a eficiência média anual de uma usina de energia solar concentrada é calculada multiplicando os fatores eficiência do campo solar, eficiência do ciclo de energia da turbina e perda de eficiência da usina devido ao autoconsumo de equipamentos; e) uma função de mérito é calculada e registrada, calculada como a soma das eficiências fotovoltaica e térmica resultantes das etapas c) e d); f) um conjunto de filtros iniciais é definido com o mesmo número de camadas (2) que o primeiro filtro inicial, mas com espessuras diferentes para as camadas (2) de cada um dos referidos filtros em relação ao primeiro filtro inicial e as etapas b) a e) são repetidas para cada um dos referidos filtros; g) o filtro (1) multicamada ideal é selecionado, pertencente ao conjunto de filtros da etapa f) mais o primeiro filtro inicial, em que o filtro multicamada ideal compreende a combinação de espessuras que maximiza a função de mérito para um determinado número de camadas de todas as funções de mérito calculadas na etapa e).
2. Método de configuração de um filtro (1) multicamada de separação espectral para radiação solar, seletivo, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por compreender ainda uma etapa adicional, em que: - um conjunto de filtros secundários é definido, cada um deles com um número diferente de camadas (2) um do outro e com um número diferente de camadas (2) do primeiro filtro inicial, com índices de refração conhecidos, e com uma espessura aleatória de cada camada (2); - as etapas b) a g) são repetidas para obter um filtro (1) multicamada ideal do conjunto de filtros secundários para cada número determinado de camadas (2).
3. Método de configuração de um filtro (1) multicamada de separação espectral para radiação solar, seletivo, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por também incluir uma etapa adicional, em que: - uma função de mérito crítica desejada é estabelecida; - um número crítico desejado de camadas (2) é estabelecido; - um filtro (1) ótimo final é selecionado dentre todos os filtros (1) ótimos registrados, de modo que o filtro (1) ótimo final seja aquele que estiver mais próximo dos critérios estabelecidos da referida função de mérito crítica e do referido número crítico de camadas (2).
4. Método de configuração de um filtro (1) multicamada de separação espectral para radiação solar, seletivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por, na etapa b), a resposta de transmitância e refletância do referido filtro inicial dentro da faixa desejada de comprimentos de onda ser calculada pelo cálculo de pelo menos os seguintes parâmetros: - a matriz característica de um sistema multicamada; - o termo de fase, de acordo com o comprimento de onda, a espessura da camada (2) e o ângulo de incidência; - o índice de refração complexo de um sistema multicamada; - a admissão óptica de um substrato (3), no qual é realizada uma deposição multicamada para construir o filtro (1) multicamada.
5. Método de configuração de um filtro (1) multicamada de separação espectral para radiação solar, seletivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por, na etapa c), a densidade de corrente ser calculada a partir do comprimento de onda e da eficiência quântica da célula.
6. Filtro (1) multicamada de separação espectral para radiação solar, seletivo, adequado para maximizar a eficiência de um sistema de energia fotovoltaica e térmica solar concentrada, configurado por meio de um método de configuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender camadas (2) em estrutura aperiódica.
7. Filtro (1) multicamada, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por compreender óxidos transparentes de alto e baixo índice de refração.
8. Filtro (1) multicamada, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por compreender óxido de titânio e óxido de silício, ou qualquer composto dele derivado.
9. Filtro (1) multicamada, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pelas camadas de óxido de silício e óxido de titânio terem espessuras entre 5 e 500nm.
10. Filtro (1) multicamada, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9 anteriores, caracterizado por ser configurado para que o comprimento de onda alcance com reflexão mínima na referida estrutura aperiódica, correspondente a faixas de comprimento de onda, com absorção máxima no espectro solar terrestre.
11. Filtro (1) multicamada, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 10 anteriores, caracterizado por compreender um substrato de vidro (3).
12. Filtro (1) multicamada, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pela deposição das camadas (2) no substrato de vidro (3) ser realizada por meio da técnica de pulverização.
13. Filtro (1) multicamada, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 12 anteriores, caracterizado por compreender um número de camadas entre 3 e 20.
14. Filtro (1) multicamada, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por compreender um número de camadas entre 3 e 10, ou entre 5 e 7.
15. Central de geração de energia, aproveitando a energia solar, compreendendo o uso de pelo menos um filtro (1) multicamada configurado através de um método de configuração de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por pelo menos um filtro (1) multicamada estar configurado para permitir a radiação solar de comprimentos de onda visíveis para passar para uma célula fotovoltaica correspondente (4) e refletir radiação solar de comprimentos de onda mais curtos e mais longos em relação à radiação visível em direção a um receptor central (5).
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