Os módulos fotovoltaicos (FV) são todos iguais?
Os módulos fotovoltaicos (FV), com relação as diferentes tecnologias de suas células, são tão iguais entre si como os diferentes carros são iguais entre si… todos deslocam você de um lugar ao outro, mas cada carro é único em suas características.
Este post é o terceiro da série “Energia Solar fotovoltaica – o que preciso saber?” onde vou abordar como as diferentes tecnologias podem influenciar o rendimento dos sistemas de geração fotovoltaica.
Momento cultura 🙂
O efeito fotovoltaico não é exatamente algo novo… a descoberta se deu em 1839 pelo físico francês Alexandre Edmond Becquerel (1820-1891) que observou o efeito fotovoltaico em uma solução condutora quando exposta a radiação solar, transformando irradiação solar em eletricidade. Para aqueles que querem saber mais… veja o texto original publicado em julho 1839 pela l’Académie des Science – Paris (1666).
Princípio da célula fotovoltaica – efeito fotovoltaico
O princípio do efeito fotovoltaico é a criação de uma voltagem ou corrente elétrica em um material devido a exposição a radiação solar.
O material mais comum para as células fotovoltaicas é o silício (Si). Esta célula pode ser descrita como uma lâmina de silício na qual são introduzidas impurezas doadoras (denominadas tipo n), ou receptoras (denominadas tipo p) e contatos metálicos nas faces frontal e posterior. Para melhorar a eficiência coloca-se um revestimento anti-reflexo. Ao expor esta lâmina aos raios solares é criado um campo elétrico no interior da lâmina de silício. Ao conectar a célula fotovoltaica durante a incidência da radiação solar, é produzida uma tensão e corrente elétrica.
Quanto maior a intensidade da luz solar, maior o fluxo da eletricidade.
![By User:Mitul-NJITWILL [Public domain], via Wikimedia Commons](http://ac03072-01044.agiuscloud.net/wp-content/uploads/2017/02/Operation_of_a_basic_photovoltaic_cell_es-2.png)
Crédito: Mitul-NJITWILL [Public domain], via Wikimedia Commons
O material mais comumente utilizado é o silício. Por ser o segundo elemento mais abundante da face da terra, não há limites com relação à matéria-prima para produção de células solares.
Tipos de células fotovoltaicas
Desde então muito foi estudado e desenvolvido ao longo do tempo e posso afirmar que ainda existe muito a ser feito.
- Silício cristalino
- Monocristalino – células – eficiência de 25%
- Policristalino – células – eficiência de 21%
- Silício amorfo – filmes finos – eficiência 5% a 8%
- Telureto de Cádmio – CdTe – filmes finos – eficiência 6% a 9%
- Disseleneto de Cobre Índio (CIS – CuInSe2) – filmes finos – eficiência 7,5% a 9,5%
- Arseneto De Gálio – GaAs – células – eficiência superiores a 46% (aplicações específicas) – custo elevado
- Células de Multi-Junção – combinação de diferentes materiais – eficiência acima de 30% – custo elevado
- Corantes (dye sensitized solar cells – DSSC) – filmes finos – eficiência 11,9% em laboratório
- OPV – filmes finos – eficiência em laboratório 11,5%
- Perovskita (ainda em desenvolvimento) – eficiência em laboratório 22%
- Nano célula (quantum dos – ainda em desenvolvimento) – eficiência em laboratório 11,3%
Nota: A eficiência da célula não é a eficiência do módulo, pois durante o processo de fabricação ocorre uma perda de eficiência.
De todas as células mencionados acima, as mais comuns no mercado para sistemas fotovoltaicos de geração distribuída são as baseadas no silício. A fabricação das células de silício é um processo produtivo conhecido e dominado, porém, devido ao custo de purificação do silício ao grau solar (uso intensivo de altas temperaturas no processo de purificação do silício 99,999%-99,9999% de pureza – denominado silício de grau solar – SiGS) existe uma procura por materiais que podem ser utilizados em escalas comerciais com um custo de fabricação mais baixo.
Novas tecnologias como OPV, Perovskita, DSSC são promissoras, mas ainda não estão no estágio de comercialização plena. Outras tecnologias de maior eficiência, tais como GaAs, multi-junção têm um custo elevado e se destinam a aplicações específicas (indústria espacial).
E como podemos comparar a evolução das diferentes tecnologias?
A boa notícia é que a medida que novos investimentos vão surgindo os limites de eficiência vão sendo rompidos.
O gráfico abaixo mostra o crescimento da eficiência das diferentes tecnologias. O aumento da eficiência em combinação com processos mais eficientes e menos custosos de fabricação permitem a redução no custo dos módulos utilizados para geração distribuída. Interessante observar a evolução das tecnologias emergentes como DSSC, OPV.
Nota: O gráfico original pode ser acessado (e ampliado) no National Renewable Energy Laboratory NREL.
Gráfico comparativo da eficiência das células FV – Crédito: NREL
No fim das contas… qual o material que devo utilizar?
Não é uma resposta direta, pois depende de fatores como localização, restrições de espaço, orçamento entre outros. Na maioria dos casos a decisão será entre o módulo de silício monocristalino (mais caro, porém mais eficiente) e o silício policristalino (mais barato, porém, requer maior número de módulos para a mesma quantidade de energia a ser gerada). Em termos de vida útil, ambos são superiores a 25 anos.
Então, converse com o projetista do seu sistema de geração fotovoltaica e veja as vantagens de cada diferente tecnologia e faça sua escolha consciente.
Espero que tenha gostado deste tópico e na próxima semana, dando continuidade a série “Energia Solar fotovoltaica – o que preciso saber?” vou abordar o tema de Regulamentação. Por que a regulamentação é importante e como pode ajudar a alavancar a energia solar no Brasil.
Eu acredito que é possível um mundo melhor hoje. E a energia solar pode contribuir muito para um melhor hoje!
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#PorUmMundoMelhorHoje