Termoelétricos de Próxima Geração Desbloqueiam Aumento de 15x na Produção Solar

Como a energia renovável provém de recursos naturais e é reabastecida, pode ajudar a reduzir nossa dependência de combustíveis fósseis, enfrentar as mudanças climáticas e atender à nossa necessidade de um futuro energético sustentável.

Essas fontes abundantes e naturalmente reabastecidas, com emissões mínimas, incluem luz solar, vento, água, biomassa e calor geotérmico.

Entre elas, a energia solar é a principal fonte de energia renovável. Com o sol como uma fonte infinita de energia, a energia solar é inesgotável, tornando-a a fonte de energia renovável mais abundante disponível.

Em 2024, a energia solar global atingiu um recorde, com instalações ultrapassando 600 GW, um aumento de 33 % em relação ao ano anterior, representando 81 % de toda a nova capacidade de energia renovável mundial. Como resultado, a energia solar representou cerca de 7 % do fornecimento global de eletricidade, quase dobrando sua participação na matriz elétrica em apenas três anos.

A Agência Internacional de Energia (IEA) realmente espera que a energia fotovoltaica (PV) se torne a maior fonte de energia renovável até 2029, beneficiando-se de políticas regulatórias de apoio e da forte queda no custo da eletricidade gerada a partir de painéis solares.

Uma célula fotovoltaica ou célula solar é um dispositivo que converte a luz solar diretamente em energia elétrica. Algumas células podem até converter luz artificial em eletricidade. No entanto, não são isentas de problemas. Uma das principais limitações de uma célula fotovoltaica é a sua temperatura, que impacta significativamente sua eficiência de conversão.

É aqui que outra tecnologia amplamente utilizada, a termoelétrica solar (TE), entra em cena.

Além dos Painéis Fotovoltaicos: Geradores Termoelétricos Solares (STEGs)

Um gerador termoelétrico (TEG) pode enfrentar o desafio da eficiência de conversão nas células fotovoltaicas ao converter o calor desperdiçado em energia elétrica.

Os TEGs são conhecidos por sua alta confiabilidade, longa vida útil e ausência de partes mecânicas móveis, tornando-os uma opção viável e promissora para integração com células fotovoltaicas em aplicações de alta temperatura.

Também chamado de gerador Seebeck, um gerador termoelétrico (TEG) é um dispositivo que converte calor diretamente em eletricidade através do efeito Seebeck.

Nesse efeito, uma diferença de temperatura entre dois condutores ou semicondutores diferentes gera tensão, causada pelo movimento dos portadores de carga.

Quando o calor é aplicado a um dos condutores ou semicondutores, os elétrons se deslocam em direção à extremidade mais fria, criando uma diferença de potencial. Se conectado por um circuito, a corrente contínua flui através dele.

Portanto, com base no efeito Seebeck, os materiais TE geram uma tensão quando submetidos a uma diferença de temperatura entre suas extremidades. Quando posicionados entre um absorvedor solar e um dissipador de calor para estabelecer uma diferença de temperatura e gerar energia, eles são chamados de geradores termoelétricos solares (STEGs).

A eficiência de conversão térmica para elétrica desses STEGs é determinada pelo índice adimensional de mérito (ZT) do material TE e pela diferença de temperatura entre o lado quente e o lado frio do dispositivo.

Como resultado, os absorvedores solares dos STEGs possuem uma banda de absorção muito mais ampla, permitindo que a energia dos fótons de todo o espectro solar seja aproveitada, ao contrário dos painéis fotovoltaicos que só podem usar uma faixa estreita de luz solar próxima à banda proibida do semicondutor. No entanto, sua eficiência termoelétrica é muito baixa.

Como apontam as pesquisas mais recentes, o valor ZT do material TE ainda permanece em torno de um, mesmo após décadas de pesquisa extensiva. O ZT é uma métrica chave para avaliar o desempenho dos materiais termoelétricos, sendo que um valor ZT mais alto indica um material termoelétrico mais eficiente para gerar eletricidade a partir de uma dada diferença de temperatura.

A falta de materiais termoelétricos (TE) de alta eficiência e de dissipadores de calor compactos para dissipação térmica é o que limita a adoção comercial dos STEGs.

Para enfrentar esses mesmos problemas, uma equipe de pesquisadores desenvolveu uma estratégia que pode aumentar a geração de energia dos STEG em 15 vezes, aumentando o peso em apenas 25 %.

Desafios de Eficiência dos STEG: A Necessidade de Absorvedores e Dissipadores de Calor Melhores

As necessidades globais de energia estão aumentando rapidamente, impulsionadas pelo crescimento populacional e econômico.

De acordo com a IEA, a demanda global por eletricidade aumentou 4,3 % em 2024, um grande salto em relação ao aumento de 2,3 % em 2023.

Portanto, avançando, o mundo precisará de um suprimento cada vez maior de energia, mas, mais importante, energia limpa para combater as mudanças climáticas, reduzir as emissões de gases de efeito estufa (GEE) e alcançar a independência energética.

Nesta busca por energia limpa sustentável, os pesquisadores recorreram aos geradores termoelétricos solares (STEGs) como uma fonte promissora de geração de eletricidade solar, pois podem aproveitar não apenas a luz solar, mas também outras formas de energia térmica.

Atualmente, porém, a maioria dos STEGs converte menos de 1 % da luz solar em eletricidade, enquanto os sistemas residenciais de painéis solares são capazes de 15 % a 20 % de eficiência de conversão.

Portanto, para realmente aproveitar esses dispositivos, devemos primeiro superar suas limitações de eficiência.

O que precisamos é desenvolver novas maneiras de melhorar a geração de energia dos STEG. Os geradores termoelétricos solares produzem mais energia com diferenças de temperatura maiores, e isso pode ser alcançado maximizando a absorção de energia solar e minimizando a perda de calor no lado quente, ao mesmo tempo em que se dissipa o calor de forma eficiente no lado frio.

Além disso, os STEGs podem ser valiosos para alimentar eletrônicos vestíveis, sensores médicos, redes de sensores sem fio e dispositivos aviônicos.

No entanto, essas aplicações de alta densidade de potência exigem absorvedores solares seletivos leves (SSAs) para o lado quente e dissipadores de calor para o lado frio. Para aproveitar ao máximo a energia solar, o absorvedor (SSA) deve apresentar alta absorção óptica na faixa espectral solar (300–2500 nm) mantendo baixa emissividade no infravermelho (2,5–20 μm) para minimizar perdas por radiação.

O desempenho óptico dos absorvedores pode ser otimizado por meio de design estrutural e seleção de materiais.

Isso inclui absorvedores plasmônicos, absorvedores de camada dupla cerâmica, absorvedores de filme multicamadas e absorvedores de cristal fotônico. No entanto, apesar de todos esses avanços, a maioria dos absorvedores requer equipamentos complexos e processos de fabricação demorados, o que restringe sua escalabilidade a um custo acessível.

Além disso, aumentar a potência de saída do STEG frequentemente requer sistemas de refrigeração volumosos e complexos para reduzir a temperatura do lado frio e aumentar a diferença de temperatura, apresentando mais um desafio.

Swipe to scroll →

Tecnologia de Metal Preto e Lasers Femtossegundo: Uma Estratégia Revolucionária

Para superar os problemas dos STEG, os pesquisadores do Instituto de Óptica da Universidade de Rochester desenvolveram uma estratégia de engenharia espectral e gerenciamento térmico que reduziu o peso e aumentou a produção de energia.

Novas técnicas para criar este dispositivo STEG mais potente são detalhadas em um estudo¹ publicado em Light: Science and Applications.

“Por décadas, a comunidade de pesquisa tem se concentrado em melhorar os materiais semicondutores usados nos STEGs e obteve ganhos modestos na eficiência geral.”

– Chunlei Guo, professor de óptica e física e cientista sênior no Laboratório de Energia a Laser de Rochester.

Ele acrescentou:

“Neste estudo, nem sequer tocamos nos materiais semicondutores — em vez disso, focamos nos lados quente e frio do dispositivo. Ao combinar melhor absorção de energia solar e retenção de calor no lado quente com melhor dissipação de calor no lado frio, conseguimos uma melhoria surpreendente na eficiência.”

A chave aqui foi a tecnologia especial de metal preto. Em 2020, a mesma equipe mostrou que, ao usar um laser femtossegundo (fs), que os ajudou a criar estruturas metálicas à prova de afundamento² alguns meses antes, eles também desenvolveram geradores solares de alta eficiência³.

Naquela época, eles transformaram a superfície brilhante e altamente refletiva de um metal em preto total, chamando-a de tecnologia de metal preto. Com pulsos de laser femtossegundo, eles podem tornar quase qualquer metal totalmente preto.

A equipe experimentou cobre, aço, alumínio e tungstênio. Após o tratamento com estruturas em escala nanométrica, descobriram que o tungstênio apresentava a maior eficiência de absorção solar. Eles conseguiram aumentar a eficiência da produção termoelétrica em 130 % em comparação ao tungstênio não tratado, que é comumente usado como absorvedor solar térmico.

Portanto, baseando-se nisso, desta vez, os pesquisadores transformaram um tungstênio comum (W) no lado quente em um absorvedor (W-SSA) por meio da técnica de processamento com laser fs.

O tungstênio foi transformado em ‘metal preto’ ao tornar sua superfície totalmente preta, o que o tornou altamente eficiente na absorção seletiva de luz nas comprimentos de onda solares, reduzindo a dissipação de calor em outros comprimentos de onda.

Isso foi alcançado por meio de gravação ultra‑rápida e precisa, usando os poderosos pulsos de laser fs, que criaram estruturas em escala nanométrica na superfície do metal. Assim, em vez de modificar os próprios materiais semicondutores, a equipe aprimorou a forma como o lado quente absorve a luz solar e retém o calor.

Uma câmara de estufa para absorvedores solares seletivos de tungstênio (W-SSA) também foi criada para reduzir a perda convectiva.

Para criar uma mini estufa, como em uma fazenda, o metal preto foi coberto com um pedaço de plástico. “Você pode minimizar a convecção e condução para prender mais calor, aumentando a temperatura no lado quente”, disse Guo. A equipe conseguiu reduzir a perda de calor em mais de 40 %.

Enquanto isso, no lado frio, a mesma técnica de laser foi usada para transformar um alumínio comum (Al) em um dissipador de calor de mega capacidade com estruturas minúsculas. Isso criou um dissipador de calor para melhorar a dissipação de calor por radiação e também por convecção.

O desempenho de resfriamento do alumínio tratado foi o dobro do de um dissipador de calor de alumínio comum.

Em tudo isso, como vimos, a técnica de processamento com laser fs desempenhou um papel fundamental. Notavelmente, essa técnica requer apenas um passo e é escalável. Essa técnica simples de subtração também pode ser aplicada a uma variedade de materiais com geometria complexa, como polímeros, vidro, dielétricos, semicondutores e metais.

Sendo uma abordagem puramente física, também é mais ecológica do que outros métodos.

O laser femtossegundo (um quadrilhão de segundos) produziu uma variedade de microestruturas no alumínio e nanostruturas no tungstênio.

Em seguida, otimizar o tamanho e a densidade dessas estruturas permitiu aos pesquisadores aumentar a absorção solar do W enquanto minimizavam sua emissividade no infravermelho no lado quente. Eles obtiveram mais de 80 % de eficiência de absorção em temperaturas elevadas.

No lado frio, eles aumentaram a emissividade no infravermelho em todo o espectro de radiação de corpo negro para o alumínio e sua área de superfície para dissipação de calor. Isso aumentou consideravelmente a eficiência de conversão solar‑para‑térmica.

A equipe demonstrou como seu gerador termoelétrico solar (STEG) pode ser usado para alimentar LEDs de forma muito mais eficaz do que os métodos existentes.

A tecnologia, observou Gao, também poderia ser usada para alimentar dispositivos microeletrônicos como wearables, dispositivos inteligentes e sensores autônomos para a Internet das Coisas (IoT). Além disso, pode servir como um sistema de energia renovável off‑grid em áreas remotas e rurais.

Conforme apontado no estudo, os STEGs também podem ser usados em conjunto com dispositivos avançados de energia solar, como sistemas híbridos PV‑TE de divisão espectral e células solares sensibilizadas por corante (DSC) de baixo custo, que podem gerar energia em condições de baixa luminosidade, melhorando assim a produção de energia para aplicações que demandam alta potência.

Investindo em Energia Solar

No setor de energia renovável, a Nextracker Inc. (NXT ) destaca‑se por ser uma empresa de alto crescimento.

Com uma capitalização de mercado de US$ 10 bilhões, as ações da NXT estão atualmente cotadas a US$ 67,59, um aumento de 85 % neste ano até agora. Na semana passada, as ações da empresa atingiram um novo máximo em torno de US$ 69. Com isso, seu EPS (TTM) é 3,67 e o P/E (TTM) é 18,42. Não há rendimento de dividendos a receber, porém.

Nextracker Inc.

A Nextracker é um fornecedor de plataforma de tecnologia solar que oferece soluções elétricas, rastreadores integrados e sistemas de otimização e controle de rendimento. A tecnologia avançada da empresa permite que as usinas solares sigam o movimento do sol no céu e otimizem o desempenho.

Seus produtos e serviços incluem NX Foundation, NX Horizon, NX Navigator, NX Global, PowerworX, TrueCapture e Serviços Electrical Balance of System (eBOS).

Este mês, a Nextracker divulgou seu relatório de sustentabilidade, no qual registrou uma Taxa Total de Incidentes Registráveis (TRIR) de 0,61, superando a meta de operações de segurança dos EUA de 1,2.

A Nextracker introduziu o NX Foundation Solutions para melhorar a implantação solar em todos os tipos de solo. Os sistemas de rastreador de baixo carbono (LCT) NX Horizon também foram lançados para reduzir as emissões de carbono (relacionadas ao rastreador) em até 35 %.

Em relação às emissões de GEE e à eficiência de recursos, a empresa comprometeu‑se a estabelecer metas alinhadas ao quadro reconhecido globalmente (SBTi), publicou seu primeiro índice de Divulgação Financeira do Clima da Task Force (TCFD), obteve garantia de terceiros para os dados de emissões de GEE dos Escopos 1 e 2 e conquistou a certificação ISO 14001:2015 para Sistema de Gestão Ambiental nos EUA.

A certificação ISO 9001 também foi obtida para a gestão da qualidade em operações nos EUA, Índia e Brasil.

Nesse contexto, a Nextracker foi recentemente selecionada por uma das maiores empresas de energia renovável da nação sul‑americana. A Casa dos Ventos a escolheu para fornecer 1,5 GW de seus sistemas de rastreamento solar para quatro novos projetos no Brasil. Estes incluem projetos solares e híbridos solar‑e‑eólico.

“Garantir um compromisso de múltiplos projetos de um líder em energia renovável como a Casa dos Ventos reflete a crescente importância de parcerias confiáveis quando se trata de desempenho e confiabilidade de longo prazo na indústria solar atual.”

– Alejo Lopez, vice president, Nextracker Latin America

A Nextracker também colaborou com a UC Berkeley para criar um novo centro de pesquisa (o CAL‑NEXT Center for Solar Energy Research) para avançar a tecnologia de usinas solares e apoiar as necessidades energéticas futuras. A empresa fez uma contribuição de US$ 6,5 milhões para a iniciativa.

Quanto às finanças da empresa, no final do mês passado, ela reportou o primeiro trimestre do ano fiscal de 2026, que terminou em 27 de junho de 2025. Nesse período, registrou US$ 864 milhões em receita, um aumento de 20 % em relação ao ano anterior.

O lucro bruto GAAP aumentou 19 % YoY para US$ 282 milhões, enquanto a receita operacional GAAP subiu 16 % YoY para US$ 186 milhões. O lucro bruto ajustado cresceu 18 % para US$ 285 milhões, e o EBITDA ajustado aumentou 23 % para US$ 215 milhões. O backlog total da Nextracker para esse período ultrapassou US$ 4,75 bilhões.

Também reportou fluxo de caixa operacional de US$ 81 milhões e US$ 743 milhões em caixa ao final do trimestre, sem dívida. Durante este trimestre, a empresa investiu US$ 86,8 milhões em aquisições estratégicas para apoiar novas iniciativas de crescimento.

“A Nextracker entregou mais um trimestre forte em todas as métricas financeiras chave e viu um impulso contínuo na participação de mercado.”

– Founder and CEO Dan Shugar

No mês passado, a Nextracker anunciou o lançamento de sua iniciativa de negócios de IA e robótica. “Escalar a energia solar para atender à demanda global de energia requer um novo nível de autonomia em como construímos e operamos usinas”, disse o recém‑nomeado diretor de IA e robótica, Dr. Francesco Borrelli.

Isso vem após investir mais de US$ 40 milhões em aquisições para aprimorar a implantação de usinas solares, a confiabilidade e o retorno sobre investimento de longo prazo. Isso inclui a OnSight Technology para sistemas de levantamento autônomo e alerta de incêndio, a SenseHawk IP para criar mapas 3D de alta resolução de projetos solares, e a Amir Robotics para reduzir perdas de rendimento relacionadas ao solo.

De acordo com Shugar:

“Com milhões de sensores e nós de controle já implantados em aproximadamente 100 GW de sistemas operacionais em 40 países, a Nextracker tem uma oportunidade única de aproveitar IA e robótica em escala.”

Últimas Notícias e Desenvolvimentos das Ações da Nextracker Inc. (NXT)

Conclusão

A energia solar é uma das maneiras mais promissoras e limpas de alimentar o mundo. Já a adoção de painéis fotovoltaicos está crescendo rapidamente, mas, claro, o caminho para a energia renovável não dependerá de uma única tecnologia.

Sistemas híbridos que combinam fotovoltaicos, termoelétricos e nanomateriais avançados serão fundamentais para o futuro da energia solar.

Embora as ineficiências materiais tenham limitado a tecnologia termoelétrica solar, agora ela está rompendo barreiras por meio de técnicas inovadoras de gerenciamento térmico e nanoestruturação. O mais recente avanço nos STEGs demonstra que a inovação no nível material e estrutural, não apenas o desempenho dos semicondutores, pode desbloquear ganhos de eficiência impressionantes e ajudar a atender às crescentes necessidades energéticas.

Clique aqui para uma lista das principais ações de energia renovável.

Referências:

1. Xu, T., Wei, R., Singh, S.C., et al. Aumento de 15 vezes no desempenho do gerador termoelétrico solar por meio de engenharia espectral com laser femtossegundo e gerenciamento térmico. Light: Science & Applications, 14, 268, publicado 12 agosto de 2025. https://doi.org/10.1038/s41377-025-01916-9
2. Zhan, Z., ElKabbash, M., Cheng, J., Zhang, J., Singh, S., & Guo, C. Montagem metálica superhidrofóbica altamente flutuante para aplicações aquáticas. ACS Applied Materials & Interfaces, 11(51), 48512–48517, publicado 26 dezembro de 2019. https://doi.org/10.1021/acsami.9b15540
3. Jalil, S.A., Lai, B., ElKabbash, M., et al. Controle de absorção espectral de metais tratados com laser femtossegundo e aplicação em dispositivos solar‑térmicos. Light: Science & Applications, 9, 14, publicado 4 fevereiro de 2020. https://doi.org/10.1038/s41377-020-0242-y