Painéis fotovoltaicos – tecnologias existentes

[vc_section][vc_row][vc_column][ultimate_spacer height=”10″][vc_column_text]De maneira simplificada, a energia solar pode ser convertida em eletricidade de duas maneiras: através do efeito fotovoltaico (FV) ou através da concentração da energia solar. A concentração de energia solar através de espelhos consiste em aquecer um fluido de trabalho para produzir vapor a elevadas temperaturas, e o  vapor é utilizado para mover turbinas conectadas a geradores elétricos.

A outra maneira, que é o foco deste artigo, se baseia em células feitas com material semicondutor, que ao ser exposto à luz (fótons) produz corrente elétrica. Os números relativos ao crescimento da Energia Solar Fotovoltaica (ESFV) são muito expressivos e os avanços na área estão estreitamente relacionados ao desenvolvimento das tecnologias utilizadas nos módulos. 

As primeiras células solares comerciais foram fabricadas em silício (Si). Em seguida, foram desenvolvidas as células de filmes finos, como o a-Si, CdTe e o CIGS. Juntamente com as células baseadas em Si, estas formam as tecnologias que já estão com conhecimento consolidado e comercialmente viáveis.

Mais recentemente, surgiram as células solares chamadas de “emergentes”, como as de compostos orgânicos, as sensibilizadas por corantes, células de perovskitas e outras que estão sendo estudadas, com potencial para atingir altas eficiências, mas que ainda apresentam alguns desafios para sair da escala laboratorial e alcançar as viabilidades comerciais.[/vc_column_text][ultimate_spacer height=”10″][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]

TECNOLOGIAS BASEADAS EM SILÍCIO

[/vc_column_text][vc_column_text]Existem duas principais classes do silício: amorfo e cristalino.

As células cristalinas podem se apresentar na forma de monocristalina ou policristalina, dependendo da forma de crescimento do cristal. Para a formação do Mono-Si é necessária a utilização do processo Czochralski que se baseia no crescimento do monocristal altamente controlado e que gera o semicondutor com dimensões padronizadas e de elevado grau de pureza. Isso explica o fato dos preços das células solares monocristalinas serem mais elevados do que as policristalinas. A eficiência dos painéis solares monocristalinos está hoje entre 15% e 22% (PORTALSOLAR, 2021).

Na produção do silício policristalino, ocorre a formação de grãos visíveis e produzidos com base em blocos onde o silício solidifica-se, por resfriamento lento, e resulta numa estrutura policristalina. A eficiência dos painéis solares policristalinos está hoje entre 14% e 20% (PORTALSOLAR, 2021).

A Figura abaixo mostra a diferença entre esses módulos.[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][/vc_section][vc_section][vc_row][vc_column][ultimate_spacer height=”10″][vc_column_text]

Figura 1 – Diferença das tecnologias de Silício

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Fonte: PUC-Rio, 2020.

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Nos nossos projetos temos os dois tipos:

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Figura 2: Painéis de Si policristalino (Instalação na Escolhinha Tia Percília – Babilônia)

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Figura 3: Painéis de Si monocristalino (Instalação da Cooperativa de Energia Solar – Babilônia)

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CONFIGURAÇÕES QUE MELHORAM A EFICIÊNCIA

Existem algumas tentativas de melhorar a eficiência de módulos de silício como as tecnologias PERC (Contato traseiro do emissor passivado), PERT (Parte traseira do emissor passivado totalmente difundida) e PERL (Emissor passivado traseiro difundido localmente).

Além desses, há também os bifaciais (módulos solares que podem receber luz dos dois lados e as half-cells (com as células divididas ao meio).

TECNOLOGIAS DE FILMES FINOS

As tecnologias de filmes finos surgem com um objetivo claro: redução de custos de produção e fabricação mais econômica em termos de utilização de materiais e de consumo energético.

As células solares de filmes finos são divididas em três cadeias produtivas principais: a-Si, CIGS e CdTe. Além dessas, existem as OPV, sensibilizadas por corante e de perovskita, que estão nas categorias de “emergentes”.

De maneira geral, essas tecnologias estão avançando, mas ainda apresentam eficiências menores quando aplicadas em módulos. Um ponto relevante é a possibilidade de integração dos painéis em outros materiais, como por exemplo, em fachadas de prédios.

MULTIJUNÇÃO

As células de múltiplas ou multijunção detêm o atual recorde mundial de eficiência FV, convertendo 47,1 ± 2,6% GREEN et al., 2020 da energia solar em eletricidade (em laboratório e com uso de concentradores).

O conceito multijunção é uma maneira de dividir o espectro solar em regiões, de forma que a radiação de cada parte seja absorvida numa das junções, na que tenha o gap de energia mais adequado à absorção daquela parcela do espectro solar. Essa tecnologia se mostra como uma oportunidade enorme, mas ainda enfrenta alguns desafios como a redução de custos de produção.

A que tudo indica, por alguns anos ainda observaremos os telhados azuis com o domínio da tecnologia baseada em silício.[/vc_column_text][ultimate_spacer height=”10″][vc_column_text]Referências:

Green M, Dunlop E, Hohl-Ebinger J, Yoshita M, Kopidakis N, Hao X. Solar cell efficiency tables (version 57). Prog Photovolt Res Appl. 2021; 29:3–15. https:// doi.org/10.1002/pip.3371

O sol vai voltar amanhã : um espectro de análises sobre a energia fotovoltaica / [coordenação Eloi Fernández y Fernández]. – 1. ed. – Rio de Janeiro: Lexikon: Instituto de Energia da PUC- Rio, 2020.

Portal Solar. Tipos de Painel Solar Fotovoltaico. Disponível em: <https://www.portalsolar.com.br/tipos-de-painel-solar-fotovoltaico.html>. Acesso em 31 mai. 2021.[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row content_placement=”middle”][vc_column width=”1/6″ offset=”vc_col-xs-4″][vc_single_image image=”4147″ img_size=”full” alignment=”center”][/vc_column][vc_column width=”5/6″ offset=”vc_col-xs-8″][vc_column_text]

* Anna Carolina Sermarini é engenheira ambiental pela UFRJ e trabalha no Instituto de Energia da PUC-Rio: atua como especialista em um Projeto de P&D em energia solar fotovoltaica e é voluntária da Revolusolar.

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