Para chegar à categoria de fenômeno global, desde a primeira década dos anos 2000, os avanços no desenvolvimento da fonte solar se concentraram não só no esforço científico pela melhoria do rendimento, mas também na viabilização comercial da célula de silício, componente principal do módulo fotovoltaico, tornando esse equipamento um benefício acessível a uma boa parte da sociedade.
Graças ao alto grau de padronização e qualidade alcançados pela indústria, os modernos processos de fabricação em alta escala transformaram os sistemas solares em uma espécie de commodity, com valorização cotada pelo mercado internacional. Houve uma evolução conjunta entre o laboratório e o “chão de fábrica”, sendo que os complexos de produção estão concentrados em poucos países, como China, Japão e EUA.
A descoberta do elemento ideal
Mais de um século se passou desde a descoberta em laboratório, em 1839, do chamado efeito fotoelétrico até que se conseguisse uma aplicação mais prática, em 1958, após uma série de aprimoramentos pontuais nesse longo intervalo de tempo. A cada etapa um determinado avanço foi agregado e muitos cientistas se dedicaram até que a conversão de luz em energia funcionasse bem.
Selênio revestido com ouro foi a primeira combinação de elementos experimentada, em 1883, mas a eficiência obtida foi de apenas 1%. Ou seja, apenas uma única parte de luz absorvida era transformada em energia. Por volta de 1930, o silício do tipo monocristalino é que passou a ser melhor observado.
Mas, um salto tecnológico efetivo ocorreu em 1954, quando se descobriu que o silício precisava de algo mais para ativar suas propriedades de conversão. Foi aí que entrou o processo de dopagem, viabilizando, em 1957, a confecção de pequenas células de silício para equipar o satélite Vanguard I, provendo-o da energia necessária para operar no espaço. Ainda assim, a potência era de apenas 1 watt, a um custo muito elevado para a época.
Crise: a mãe do progresso
Os desenvolvimentos em laboratório prosseguiram e não pararam mais, desde então, até baratear gradativamente os custo da tecnologia. Ficou mais acessível, primeiramente a usos comerciais e depois a usos domésticos.
Além do silício do tipo monocristalino, também passou-se a usar o tipo policristalino O processo de dopagem foi aperfeiçoado, com aditivação de boro e fósforo. Também conhecidas como waffers, porque, na verdade, possuem mais de uma camada de material – embora com espessuras medidas em mícrons – as células passaram a ser montadas em série, dando forma aos módulos fotovoltaicos com o design que conhecemos hoje.
A eficiência atual desses painéis, para fins comerciais, alcança patamares superiores a 21%. Pesquisas recentes, no entanto, já superaram a marca de 40%, mas em condições muito específicas, o que ainda não possibilita a sua fabricação em grande escala. Em paralelo, também se deu o desenvolvimento dos chamados filmes finos que, pela sua flexibilidade se adequam a várias destinações, mas com rendimento ainda inferior à tecnologia convencional.
Mono versus poli
A questão da escolha entre silício monocristalino e policristalino tem a ver com questões industriais e práticas. Numa avaliação bem básica, o primeiro tipo é considerado mais eficiente, porque alcança taxas mais interessantes de conversão de luz em eletricidade. O segundo, contudo, tem vida útil de operação mais longa.
Quanto a potência dos módulos, se na década de 1950 a primeira aplicação era de 1 watt, hoje temos modelos diversos com até 670 watts, cada um. E para se alcançar o máximo de desempenho, os waffers também aumentaram de tamanho, com 166 milímetros, 182 mm e 210 mm. Da mesma forma, o número deles numa placa solar pode variar de 72 a 156 unidades.
Há, além dessas características, detalhes bem específicos, como módulos construídos com waffers cortados ao meio, como forma de melhorar o rendimento geral. E ainda nos próprios waffers, varia ainda o número dos “busbars”, que são os filamentos que dão escoamento à eletricidade produzida. Quanto mais “busbars”, segundo os fabricantes, melhor o desempenho do conjunto.
O processo de produção de módulos foi outro aspecto que sofreu uma evolução impressionante. Com imensos complexos instalados principalmente na China – o país asiático hoje é o maior consumidor mundial de equipamentos fotovoltaicos – quase tudo é automatizado, com robôs na execução de várias etapas. As máquinas trabalham em ambientes com assepsia, temperatura e umidade totalmente controlados por computadores. O corte dos waffers de silício, por exemplo, é feito com fio diamantado o que dá enorme precisão, além de evitar desperdícios de material. Para conhecer mais sobre painéis e geração solar não deixe ver as próximas postagens em nosso blog.
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