Células solares: Quais módulos solares oferecem atualmente a melhor tecnologia e o maior desempenho?

O desenvolvimento técnico em células solares continua a progredir rapidamente. O que ontem era ultramoderno e inovador, muitas vezes estará ultrapassado amanhã. O progresso técnico está a tornar os sistemas cada vez mais estáveis ​​e eficientes, o que conduz a um aumento da procura de eletricidade fotovoltaica. É provável que isto seja ainda mais estimulado pela Lei de Protecção Climática e pela neutralidade climática que a Alemanha almeja até 2045, razão pela qual se pode esperar um crescimento significativo das energias renováveis ​​nos próximos anos.

Os diferentes tipos de módulos solares desempenham um papel crucial na eficiência da tecnologia fotovoltaica. Neste país existem quatro tipos de módulos em particular que dominam o uso em sistemas fotovoltaicos. Apresentaremos suas vantagens e desvantagens, bem como suas perspectivas.

Módulos solares: Que tipos existem?

Os tipos de módulos fotovoltaicos são caracterizados por diferenças às vezes significativas no design técnico. Isto significa que proporcionam resultados muito diferentes em termos de desempenho, duração de utilização e custos. Abaixo, queremos dar uma olhada neles:

• Módulos vidro-vidro / vidro duplo
• Módulos policristalinos
• Módulos monocristalinos
• Módulos de filme fino
• Módulos CIS/CIGS

Com o módulo de vidro com tecnologia de célula bifacial, a luz é captada tanto na parte frontal quanto traseira do módulo. Aumentar o uso de luz aumenta a eficiência do módulo.

Adequado para:

• Células solares de duas superfícies, bifaciais ou bifaciais – informações interessantes sobre módulos solares
• BSC – Células Solares Bifaciais: História da célula solar bifacial ou de duas superfícies
• Módulos solares: Módulos bifaciais/bifaciais para maior eficiência e maior eficácia luminosa – aconselhamento, planeamento e soluções

Os módulos fotovoltaicos policristalinos, assim como os módulos monocristalinos relacionados, são feitos de silício. Depois de derretido, ele é despejado em moldes quadrados alongados e resfriado lentamente. As estruturas cristalinas resultantes são divididas em etapas adicionais de produção e divididas em discos que formam as células solares policristalinas. Visualmente são caracterizados pela sua marcante cor azul.

Este processo tem a vantagem de ser relativamente barato, razão pela qual os módulos fotovoltaicos policristalinos estiveram durante muito tempo entre as células solares mais utilizadas. A tecnologia foi experimentada e testada em operação há muito tempo e, portanto, é extremamente confiável. Além da baixa suscetibilidade a falhas, esse sistema também possui uma longa vida útil. No entanto, o processo de fabricação tem a desvantagem de ocorrer desfoque nas camadas limites dos cristais individuais. Isso significa que a eficiência dessas células solares está apenas na faixa intermediária, de 12 a 16%. Isso aumenta a necessidade de espaço e reduz a eficiência.

Duas outras desvantagens que os módulos policristalinos e monocristalinos têm em comum são o seu peso relativamente elevado e a perda de desempenho em condições de iluminação difusa e altas temperaturas.

Módulos monocristalinos também são feitos de silício. Em contraste com a estrutura policristalina, o silício é fundido uma segunda vez, criando monocristais colunares (daí “mono”). Eles não sofrem as perdas por atrito observadas nos módulos policristalinos. Isto leva a uma maior eficiência de até 20% para as células solares cintilantes de azul escuro a preto.

Além de sua baixa suscetibilidade a falhas e de sua implementação, experimentada e testada há décadas, os módulos monocristalinos caracterizam-se pela menor necessidade de espaço. No entanto, estes módulos são comparativamente caros de produzir. Soma-se a isso o seu peso relativamente elevado e a sua eficiência reduzida em más condições de iluminação e altas temperaturas.

Em resumo, ambas as formas de módulo cristalino funcionam de forma eficaz. No entanto, são relativamente pesados, embora os módulos solares monocristalinos sejam a melhor escolha quando o espaço é limitado devido à sua maior eficiência. A sua maior eficiência garantiu que muitas vezes prevalecessem sobre as células solares policristalinas, apesar do seu preço mais elevado.

No entanto, o preço até um terço mais baixo (por kWp) dos módulos policristalinos garante que eles continuem a gozar de grande popularidade, especialmente em sistemas fotovoltaicos maiores sem restrições de espaço.

Como o nome sugere, os módulos de película fina são caracterizados pela sua profundidade muito rasa. Módulos de filme fino são tradicionalmente fabricados com semicondutores feitos de silício amorfo. Neste sistema, um material transportador, geralmente feito de vidro, é vaporizado com uma camada fina. Este método de construção significa que as células solares de película fina são cerca de 100 vezes mais finas do que os dois módulos solares feitos de pastilhas de silício.

Na microeletrônica, na energia fotovoltaica e na tecnologia de microssistemas, os wafers são discos circulares ou quadrados com cerca de um milímetro de espessura. Eles são feitos de blanks simples ou policristalinos (semicondutores), os chamados lingotes, e geralmente servem como substrato (placa de base) para componentes eletrônicos, incluindo circuitos integrados (IC, “chip”), componentes micromecânicos ou revestimentos fotoelétricos. Na fabricação de componentes microeletrônicos, vários wafers são geralmente combinados em um lote e processados ​​diretamente um após o outro ou em paralelo.

Esta é também uma das maiores vantagens dos módulos de película fina, porque o seu baixo peso significa que podem ser utilizados de forma muito flexível e versátil. É por isso que esses módulos têm sido usados ​​há muito tempo não apenas em grandes sistemas fotovoltaicos, mas também para gerar eletricidade em relógios e outros pequenos itens elétricos. Além disso, os módulos de filme fino são fáceis de fabricar e de produção barata devido à baixa necessidade de matéria-prima, o que deu um impulso adicional à sua difusão. A sua curva de desempenho também não se achata tanto em condições de iluminação desfavoráveis ​​como acontece com os dois módulos cristalinos mencionados acima.

No entanto, os módulos estreitos têm a desvantagem de terem uma eficiência muito menor do que outras células solares. Isto é de até 7%, portanto seu uso em sistemas fotovoltaicos requer uma quantidade significativa de espaço. Para alcançar maior eficiência, os fabricantes passaram a produzir módulos de película fina com telureto de cádmio (CdTe). O princípio de design tem a vantagem de uma eficiência ligeiramente superior de até 8%. É particularmente adequado para uso em áreas com altos níveis de neblina e neblina, bem como com luz difusa. No entanto, os utilizadores têm de aceitar preços mais elevados e, aquando do desmantelamento, custos adicionais pela reciclagem mais dispendiosa do cádmio contido nos módulos. Apesar do aumento dos custos, a utilização deste design modular mais eficaz está agora a aumentar.

Além disso, muitas empresas estão atualmente pesquisando módulos de película fina fabricados com sulfeto de cobre-zinco-estanho e enxofre (CZTS). Este material semicondutor tem a vantagem sobre as células solares convencionais de película fina por não necessitar de utilizar elementos raros e tóxicos na sua construção. No entanto, provavelmente levará algum tempo até que esta tecnologia esteja pronta para produção em massa.

Esses módulos são uma forma especial de células solares de película fina e são atualmente o segundo tipo mais comum nesta área, atrás da variante CdTe. Eles são baseados nos compostos disseleneto de cobre-índio (CIS) ou disseleneto de cobre-índio-gálio (CIGS) e conduzem eletricidade significativamente melhor do que módulos de película fina baseados em silício. Sua eficiência está entre 12 e 15%, o que equivale à maior eficiência entre as células solares de película fina. Eles também sofrem pouca perda sob luz difusa e altas temperaturas e também têm baixo peso e baixa suscetibilidade a falhas.

Estas vantagens são compensadas pela produção dispendiosa e pela reciclagem complexa do selênio contido nos módulos. Além disso, devido à existência relativamente recente destes módulos, não existe experiência de longo prazo com a durabilidade do sistema. No entanto, foi principalmente o preço elevado que garantiu a estagnação da produção destas células solares durante anos.

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