Os professores Adriano Moehlecke e Izete Zanesco coordenam o Núcleo de Tecnologia em Energia Solar (NT-Solar). / Foto: Bruno Todeschini
A procura pela tecnologia fotovoltaica cresce no Brasil. Só no início de 2023, dados da Absolar mostram que o país já alcançou a marca de 1,6 milhão de sistemas instalados, sendo 79% para autoconsumo residencial. Conforme explicam os pesquisadores da Escola Politécnica da PUCRS Adriano Moehlecke e Izete Zanesco, o Brasil está entre os dez países com maior potência instalada em sistemas fotovoltaicos. A potência instalada no Brasil é de 30 GW, mais que o dobro da potência da usina hidroelétrica de Itaipu, por exemplo.
Os professores coordenam o Núcleo de Tecnologia em Energia Solar (NT-Solar), estrutura de pesquisa responsável pelo desenvolvimento de estudos sobre o processo de fabricação da célula solar de silício e do módulo fotovoltaico, assim como a avaliação de sistemas fotovoltaicos, com ênfase no meio rural
De acordo com Moehlecke e Zanesco, existem diversos motivos para o crescimento da oferta e procura pela tecnologia fotovoltaica no Brasil. Dentre eles:
Os docentes explicam também que no Brasil, a tecnologia está ganhando confiança do consumidor/investidor, formando um “hub” no país de importação, comercialização, distribuição e instalação de módulos fotovoltaicos e inversores.
“O sistema fotovoltaico aumenta os ganhos econômicos para o comércio, indústrias, agricultura e pecuária, pois contribui para a redução de custo dos produtos ou processos. Além disso, o mundo está buscando fontes de energia renováveis. Por exemplo, há previsão que as tecnologias fotovoltaica e eólica participem em 50% do mercado de produção de energia no mundo em 2040”, destaca Izete Zanesco.
Célula desenvolvida pelo NT-Solar / Foto: Bruno Todeschini
Os pesquisadores da PUCRS explicam que os sistemas fotovoltaicos podem ser instalados em residências, condomínios, comércios, indústrias, agricultura e devido a característica de serem modulares, ou seja, são facilmente montados e instalados no local desejado pelo cliente, eles podem ter potência muito variada, de 1 kW a 400 MW. Instalado na PUCRS, o NT-Solar é o único centro de pesquisa na América-Latina projetado para desenvolver e caracterizar dispositivos fotovoltaicos em escala piloto.
Instalado no Parque Científico e Tecnológico da PUCRS, a estrutura apresenta 16 laboratórios, além de áreas de apoio, depósitos e salas projetadas para produzir, fabricar e caracterizar células solares e módulos fotovoltaicos bem como implementar e analisar sistemas fotovoltaicos. Dentre os projetos recentes, os pesquisadores estão analisando o processo de degradação de módulos com células solares de silício com diferentes tecnologias, para antecipar o que pode acontecer no mercado em termos de degradação.
De acordo com Zanesco, a tecnologia de células solares de silício cristalino domina mais de 93% do mercado mundial. A docente explica que atualmente as células solares PERC (célula solar com emissor e face posterior passivadas) são as mais utilizadas, que chegaram no mercado a partir de 2015. A partir disso, surgiram os módulos fotovoltaicos bifaciais, assim como as células solares TopCon e com heterojunção e dispositivos base n.
Os coordenadores do NT-Solar explicam que a degradação dos módulos fotovoltaicos depende da tecnologia de fabricação das células solares. Atualmente, a garantia é que a potência depois de 25 anos de operação seja de 80% do valor da potência “comprada”, que constava na ficha de dados do módulo fotovoltaico. Ou seja, em 25 anos, pode ocorrer 20% de redução da potência dos módulos fotovoltaicos.
Com o objetivo de desenvolver tecnologias nacionais para o mercado, o NT-Solar atua nas áreas de células solares de silício, módulos fotovoltaicos e sistemas fotovoltaicos. No que se refere a células solares as atividades são centradas em projetar, desenvolver e caracterizar células solares de silício monofaciais e bifaciais visando obter alta eficiência e/ou a redução do custo do processo industrial.
Zanesco destaca também que um dos objetivos é o desenvolvimento de fornos específicos para difusão e/ou oxidação de lâminas de silício. Outro objetivo é projetar e caracterizar módulos fotovoltaicos bem como analisar a degradação com a exposição à irradiação solar. A equipe multidisciplinar é responsável pela formação de recursos humanos em nível de graduação, especialização, mestrado e doutorado, assim como a presença em comitês e grupos de estudos no setor da energia solar fotovoltaica em nível nacional.
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Energia solar está entre as alternativas para uma matriz energética mais segura e sustentável / Foto: Bruno Todeschini
A matriz energética corresponde às fontes utilizadas para gerar e distribuir energia elétrica, atendendo à demanda de consumo da população e dos diferentes setores sociedade. Em muitos países, a matriz é baseada em fontes não renováveis e poluentes, como o petróleo e outros combustíveis fósseis. Em todo mundo, a busca por soluções mais sustentáveis tem ampliado a necessidade de fontes de energias renováveis.
Entre as alternativas para uma matriz mundial mais segura e alinhada com a preservação do meio ambiente está a energia solar. Dados da Agência Internacional de Energia destacam o crescimento da capacidade de geração de energia a partir de fontes fotovoltaicas entre 2021 e 2022.
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 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 contribuir na criação e desenvolvimento de soluções inovadoras e não poluentes.
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Mais da metade da matriz energética do País é baseada no uso de usinas hidrelétricas, que nos últimos anos têm sido afetadas pelas mudanças no clima e pela escassez de chuvas em muitas regiões. Esses fatores têm contribuído para a expansão da crise energética no Brasil, impactando nos valores de tarifas e alavancando a inflação.
O aumento dos custos com energia elétrica também torna nossa cadeia de produção industrial e o agronegócio menos competitivos frente a produtos importados, ampliando o desemprego e problemas sociais como a desigualdade.
Adriano Moehlecke destaca que os impactos da crise poderiam ser ainda mais graves se estivéssemos em fase de crescimento econômico, o que não ocorreu devido a pandemia do Covid-19. O pesquisador ainda ressalta que a reestruturação da matriz energética é urgente para evitar novas crises.
“A implantação de novas formas de produção de energia a partir de fontes renováveis já deveria estar sendo promovida há pelo menos uma década”.
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NT-Solar é único centro P&D da América Latina para o desenvolvimento de sistemas fotovoltaicos em escala piloto / Foto: Bruno Todeschini
Em novembro de 2021, o NT-Solar concluiu um projeto de pesquisa com a Itaipu Binacional, empresa líder mundial em energia limpa e renovável, além de outras três cooperativas do oeste do Paraná, dedicadas à cadeia de produção de proteína animal que são afetados pelo custo com energia elétrica. No estudo foram analisados três sistemas fotovoltaicos instalados em propriedades rurais no oeste do Paraná.
O uso de sistemas fotovoltaicos de 20kW nas propriedades reduziu em até 50% os custos com energia elétrica. Foram obtidos dados de três de anos de operação permitindo uma avaliação técnica e econômica considerando a realidade da operação no oeste do Paraná e foi elaborado um Manual de Recomendações Técnicas, fornecido para as cooperativas.
Moehlecke explica que foi realizado também um estudo da diminuição da potência dos módulos fotovoltaicos segundo o tempo de operação. “Com esse projeto conquistamos dados inéditos sobre o que ocorrem com os equipamentos”, pontua.
O coordenador do NT-Solar aponta que, se soluções renováveis não forem aderidas e expandidas já no próximo ano, a matriz energética brasileira continuará dependendo da regularidade das chuvas e do acionamento de termoelétricas, que tornam a geração de energia mais cara.
“Se em 2022 não tivermos um aumento dos índices pluviométricos fazendo com que os reservatórios das hidroelétricas possam atingir níveis adequados, continuaremos necessitando do acionamento de usinas termoelétricas e tendo que promover programas de redução de consumo de energia elétrica no País. E se a economia crescer, talvez não tenhamos a energia elétrica necessária para suportar um possível crescimento econômico”, conclui.
Água quente é disponibilizada no Campus por meio da tecnologia solar térmica / Foto: Camila Cunha
Desenvolvido pelo Laboratório de Eficiência Energética e pelo Centro de Demonstração em Energias Renováveis (Ceder) da Escola Politécnica da PUCRS, o Chimakent traduz o uso de energias limpas em soluções que impactam no cotidiano. O chimarródromo, localizado em frente à Farmácia Universitária Panvel, fornece água aquecida por meio da tecnologia termossolar. O projeto é uma das nove iniciativas do ecossistema de inovação Campus Living Lab, em que Universidade, sociedade, governo e empresas trabalham juntos para elaborar soluções centradas no uso real da tecnologia e no desenvolvimento sustentável.
O sistema utilizado no Campus para fornecer a água para o Chimakent conta com um reservatório de 500 litros, localizado no subsolo do prédio 30. “O mesmo sistema, um pouco mais simples, pode ser implementado em residências. O cálculo médio é de 50 litros por dia utilizados por pessoa. Então um reservatório de 200 litros é suficiente em uma casa com quatro pessoas, por exemplo”, ressalta o professor Odilon Duarte, coordenador do Ceder. O sistema termossolar residencial aquece a água entre 60 e 70 graus, sendo uma alternativa para fornecer água para banho, em que a temperatura de conforto é em torno de 40 graus. “Esse investimento é compensado entre dois e três anos. Com manutenção periódica e limpeza dos módulos, o sistema tem durabilidade média de 15 anos. É uma economia significativa”, aponta Duarte.
Ceder utiliza fontes fotovoltaicas e eólicas para gerar energia para rede do Campus / Foto: Bruno Todeschini
Fontes limpas para energia do Campus
Além da tecnologia solar térmica, o Ceder, implementado em 2015, gera energia para a rede do Campus através de fontes eólicas e fotovoltaicas. O professor Odilon Duarte destaca que as energias renováveis são fundamentais para o desenvolvimento sustentável. “As fontes de energias limpas estão presentes no nosso dia a dia de forma gratuita e inesgotável. A geração de energia é a grande vilã do aquecimento global. Podemos utilizar o vento e o sol como alternativas para diminuir a emissão de gases do efeito estufa, e isso é o futuro”, aponta.
Um espaço de pesquisas e práticas
Em torno de 60 alunos de graduação de diversos cursos da Universidade já contribuíram com as pesquisas do Centro de Demonstração em Energias Renováveis. Os estudantes podem ingressar no Ceder como estagiários, bolsistas ou voluntários. O centro também é um ambiente de visitação para escolas que buscam demonstrar aos alunos fontes limpas de geração de energia. “O Ceder interage com estudantes desde o ensino fundamental até a pós-graduação, de diversas escolas. Esse processo contribui com a criação de tecnologias, geração de conhecimento e formação de experiências práticas”, conta o professor Odilon Duarte.
Sobre o Campus Living Lab
As instalações, produtos, pesquisas e serviços atendem não só às demandas da Universidade, mas passam a compor um roteiro de inovação e empreendedorismo que beneficia toda a sociedade. As iniciativas desenvolvidas são:
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O sol que ilumina a noite / Foto: Camila Cunha
Entre as fontes de energia renovável, a solar é a menos poluente. Pensando em aproximar essa tecnologia da sociedade, a PUCRS implementou um sistema fotovoltaico que transforma a energia solar em eletricidade. Concebida a partir de pesquisas do Núcleo de Tecnologia em Energia Solar, a iniciativa O sol que ilumina a noite utiliza a energia solar para iluminar o chafariz do pórtico principal da Universidade. O projeto é uma das nove iniciativas do ecossistema de inovação Campus Living Lab, em que universidade, sociedade, governo e empresas trabalham juntas para elaborar soluções centradas no uso real da tecnologia e no desenvolvimento sustentável.
O sistema também se destaca em relação a custo-benefício, tendo seu investimento compensado em aproximadamente cinco anos e durabilidade média de 30 anos. Coordenado pelos professores Izete Zanesco e Adriano Moehlecke, o NT-Solar desenvolve tecnologias de células solares e módulos fotovoltaicos desde 1997. Além de aprimorar processos buscando maior eficiência e custos reduzidos para as tecnologias, o núcleo também propicia o desenvolvimento de recursos humanos qualificados para o crescente mercado de energia solar. A energia solar não produz poluição sonora, visual ou emissão de gases. A implementação do sistema também permite economia doméstica e comercial. “Um estabelecimento que possui energia solar pode baratear os custos de produção e consequentemente se tornar mais competitivo no mercado”, aponta Izete.
Célula desenvolvida pelo NT-Solar / Foto: Bruno Todeschini
Formação de pesquisadores
Aproximadamente 30 alunos de Iniciação Científica e pós-graduação já contribuíram de forma multidisciplinar com as pesquisas. “Dois ex-alunos que participaram de pesquisas conosco hoje são professores na própria PUCRS. Isso reforça a formação de recursos humanos que temos aqui”, conta Izete. Atualmente a equipe é composta por oito alunos e dois funcionários de apoio, além dos professores Izete e Moehlecke.
Referência na América Latina
O Núcleo de Tecnologia em Energia Solar conta com laboratórios e equipamentos de alta qualidade, sendo o único centro da América Latina projetado para desenvolver e caracterizar células solares e módulos fotovoltaicos em escala piloto. “A estrutura que temos aqui pode ser comparada a dos laboratórios internacionais, o que gera uma experiência rica para os alunos e pesquisas de impacto”, ressalta a coordenadora do NT-Solar. Em 2017, o núcleo obteve o recorde brasileiro de eficiência em células solares, com a conversão de 17,3% da irradiação solar em energia elétrica.
Sobre o Campus Living Lab
Módulo fotovoltaico / Foto: Bruno Todeschini
As instalações, produtos, pesquisas e serviços atendem não só as demandas da Universidade, mas passam a compor um roteiro de inovação e empreendedorismo que beneficia toda a sociedade. As iniciativas já desenvolvidas são:
