Módulo fotovoltaico / Foto: Bruno Todeschini
Desde 2017, no Brasil, verificou-se um crescimento exponencial da instalação de sistemas fotovoltaicos e a previsão para 2050 é que 40% da potência elétrica instalada no País seja de sistemas fotovoltaicos. O uso de Energia Solar proporciona diversos benefícios econômicos e ambientais e segundo pesquisadores da PUCRS, se boa parte da população instalar sistemas fotovoltaicos em casas e empreendimentos, além da redução nas contas de luz, a poluição também diminuiria.
Neste contexto, os pesquisadores da Escola Politécnica e coordenadores do Núcleo de Tecnologia em Energia Solar (NT-Solar) da PUCRS, Adriano Moehlecke e Izete Zanesco, são responsáveis pelo projeto de pesquisa e desenvolvimento FINEP 0130/21 intitulado Desenvolvimento de Células Solares Bifaciais PERC com Difusão de Dopantes e Passivação Formados com Processo Inovador, aprovado na Chamada Pública MCTI/FINEP/AT Materiais Avançados e Minerais Estratégicos 2020. A iniciativa de pesquisa também tem como autores a pesquisadora Nara Regina de Souza Basso, o funcionário do NT-Solar, Moussa Ly, e alunos de mestrado e doutorado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais da Escola Politécnica.
O objetivo do estudo é desenvolver as células solares feitas com silício bifaciais, capazes de converter a irradiância solar incidente nos dois lados, assim o uso deste material proporcionará uma maior potência elétrica produzida com a mesma área de uma célula solar. Além disso, proporcionará também o avanço da tecnologia de fabricação de lâminas de silício mais finas, com técnicas de passivação das superfícies. Passivação é o nome dado a um processo que consiste na adição de camadas de outros materiais às superfícies das células.
No projeto desenvolvido pelos pesquisadores da PUCRS também será utilizado um método para passivação das superfícies das células solares bifaciais com o óxido de grafeno, tornando possível aumentar a eficiência de conversão da energia solar em energia elétrica. A iniciativa visa desenvolver um processo de produção de células solares de silício para reduzir o custo de produção e de uso em módulos fotovoltaicos. Zanesco e Moehlecke explicam que a redução do custo do processo está focada na difusão dos dopantes boro e fósforo na mesma etapa térmica, realizada em forno compacto desenvolvido com tecnologia nacional.
Foto: Bruno Todeschini
A fase atual do projeto se encontra na construção do forno compacto com a empresa Fornos Sanchis e da câmara de quartzo, onde serão processadas as lâminas de silício, produzida pela empresa ActQuartzo. Neste forno, será realizada a difusão de fósforo e de boro nas lâminas de silício, que é uma etapa da produção de células solares.
Os pesquisadores destacam que atualmente, no País, ainda existem poucas empresas de montagem de módulos fotovoltaicos com células solares importadas e o mercado está crescendo com base na importação e, por conta disso, o desenvolvimento de tecnologias de produção de células solares e recursos humanos é essencial para o estabelecimento de fábricas de células solares no Brasil.
Além disso, com o crescimento da indústria de energia solar, milhares de novos empregos são gerados todos os anos. Segundo dados da Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (ABSOLAR), o setor gerou 130 mil novos empregos no Brasil entre 2012 e 2019.
Único centro de pesquisa e desenvolvimento na América Latina projetado para desenvolver e caracterizar células solares e módulos fotovoltaicos em escala piloto, o Núcleo de Tecnologia em Energia Solar (NT-Solar) da Escola Politécnica da PUCRS atua realizando projetos envolvendo células solares, módulos fotovoltaicos e sistemas fotovoltaicos, com a coordenação dos professores Adriano Moehlecke e Izete Zanesco.
O NT-Solar também integra os laboratórios do curso de Engenharia de Energias Renováveis da Escola Politécnica da PUCRS, primeira graduação presencial na área, que promove o estudo em energias limpas e sustentáveis, com o objetivo de contribuir na criação e desenvolvimento de soluções inovadoras e não poluentes.
NT-Solar foi criado em 1997 / Foto: Bruno Todeschini
O Brasil atingiu a marca de 300 mil unidades consumidoras de energia solar. O dado, divulgado recentemente pela Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaiva (Absolar), mostra um grande avanço no País nos últimos anos – mas ainda há muito espaço para esse mercado crescer. Para que isso seja possível, pesquisadores e estudantes de diversos níveis têm se dedicado a estudos no Núcleo de Tecnologia em Energia Solar (NT-Solar) da Escola Politécnica da PUCRS.
Criado em 1997, o NT-Solar é o único centro de P&D da América Latina projetado para a criação e a caracterização de células e módulos fotovoltaicos em escala piloto. Liderado pelos professores Adriano Moehlecke e Izete Zanesco, o Núcleo é o principal local de pesquisa de diversos alunos do Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais (PGETEMA).
Os professores contam que a área que envolve estudos de energia solar é interdisciplinar, atraindo estudantes de diferentes áreas da Engenharia, da Química, da Física e da Matemática, por exemplo. “Um ponto positivo do projeto é que sempre envolvemos os alunos em todo o processo, desde a fabricação da célula solar, passando pela instalação, até a análise dos sistemas. Ou seja, estamos diretamente ligados com o mercado”, aponta Moehlecke.
A aquisição de sistemas fotovoltaicos já é vista como um investimento / Foto: Bruno Todeschini
Em tempos em que questões econômicas estão em evidência em função da crise do coronavírus, pensar em alternativas sustentáveis para a geração de energia parece fazer ainda mais sentido. Segundo explica a professora Izete, o custo dos sistemas fotovoltaicos já não é mais tão alto como antes, o que torna essa opção ainda mais competitiva, abrindo espaço para a área no mercado e ampliando a demanda por profissionais. “Podemos ver a aquisição de um sistema fotovoltaico como um investimento para o futuro, uma vez que em cerca de cinco anos pagando a taxa mínima de energia elétrica já é possível recuperar o valor investido na instalação”, destaca.
Atualmente, as empresas oferecem uma garantia de 25 anos para os módulos fotovoltaicos, mas a verdade é que ainda não se conhece ao certo seu tempo de vida – pode ser que seja de 50 anos, por exemplo. “O consumidor pode se tornar um produtor de energia e ter sua independência do ponto de vista energético”, reforça Izete, lembrando que, além do aspecto econômico, a conversão da energia solar é uma maneira eficiente de se preservar o ambiente.
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A doutoranda do PGETEMA Thais Crestani iniciou sua pesquisa sobre energia solar fotovoltaica ainda no mestrado, em 2014, que também realizou na PUCRS. Bacharela em Química, diz nunca ter pensado em fazer uma pós-graduação na Engenharia até saber da possibilidade de desenvolver uma pesquisa focada no meio ambiente. “Poder estudar maneiras de produzir energia elétrica de forma mais barata e com redução de etapas no processo de fabricação de células solares foi algo que me motivou muito a continuar a pesquisa em energia solar fotovoltaica no doutorado. Hoje, estou estudando e tentando desenvolver dispositivos que gerem menos resíduo no processo de fabricação das células e que, com a redução de etapas, torne a produção mais barata”, afirma.
Alunos participam de todos os processos, desde a fabricação da célula solar / Foto: Bruno Todeschini
A pesquisa do mestrando Augusto dos Santos Kochenborger também tem como um dos objetivos reduzir os custos da produção de sistemas fotovoltaicos. “Meu trabalho é sobre a otimização de etapas térmicas na fabricação de células solares, ou seja, estou trabalhando para melhorar o processo de produção dos principais componentes dos módulos fotovoltaicos, que transformam energia solar diretamente em energia elétrica. Com isto, os dispositivos podem ser fabricados em menor tempo, gerando menos custo”, relata o bacharel em Engenharia Física.
A questão ambiental também motiva Augusto, que considera as pesquisas na área importantes para poder qualificar a eficiência dos dispositivos. “Isso aumentaria as possibilidades de se produzir energia de fontes limpas”, conclui.
Para Thais, a conversão da energia solar é o futuro: “Sistemas fotovoltaicos podem ser instalados nos lugares mais remotos do mundo, onde não há acesso à energia elétrica, por exemplo”. A estudante, que defendeu sua dissertação em 2016, está concorrendo aos prêmios Conexão com Mercado e Engajamento Popular, promovido pela Rede Sapiens, com o trabalho desenvolvido durante o mestrado no PGETEMA.
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O Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais está com inscrições abertas para mestrado e doutorado. Dentro das áreas de concentração Engenharia e Tecnologia de Materiais e Materiais e Processos Relacionados, abrange diferentes linhas de pesquisa. Interessados em ingressar ainda neste ano podem se inscrever até o dia 19 de junho. Neste edital, a entrega da documentação será feita online.
Foto: Bruno Todeschini/PUCRS
Um estudo da PUCRS em parceria com a Eletrosul produziu células solares com a maior eficiência do Brasil, 17,3%, e de forma totalmente industrial. Intitulado Desenvolvimento de Processos Industriais para Fabricação de Células Solares com Pasta de Alumínio e Passivação, o estudo comprovou que é possível a produção de mais potência elétrica com a mesma quantidade de silício. O projeto foi coordenado pelos professores do Núcleo de Tecnologia em Energia Solar (NT-Solar) da Faculdade de Física Izete Zanesco e Adriano Moehlecke, com apoio de alunos do Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais da Faculdade de Engenharia. A maior eficiência registrada até então no Brasil também foi desenvolvida pelo NT-Solar, só que em parceria com a Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e com o Instituto de Energia Solar da Universidade Politécnica de Madri, Espanha. Neste último trabalho, o processo foi realizado em laboratório, diferente do atual, que comprovou maior eficiência.
Segundo a professora Izete, o aumento da eficiência de uma célula solar se traduz em produzir mais potência elétrica, com a mesma quantidade de silício. “Se o custo do processo não aumentar, então, há uma redução do custo da produção de energia elétrica a partir da conversão direta de energia solar”, explica. A professora diz que o próximo passo é comparar o custo do processo desenvolvido pela equipe do NT-Solar com o custo do processo padrão da indústria hoje.
