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.
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.
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:
Foto: Bruno Todeschini
Hoje, 29 de maio, é Dia Mundial da Energia. Você sabia que a PUCRS participa de um estudo inédito para analisar a viabilidade técnica e econômica da produção de energia elétrica a partir de módulos fotovoltaicos no meio rural? Com financiamento da empresa Itaipu Binacional e de três cooperativas, o projeto visa criar um modelo que leve à expansão da iniciativa pelo País. A tecnologia será implantada em três propriedades do oeste paranaense e interligada à rede de distribuição. Como o setor agrícola e agroindustrial das cadeias de proteína animal da região tem alta demanda, com o sistema fotovoltaico serão supridos 50% do consumo.
O Núcleo de Tecnologia em Energia Solar (NT-Solar) da Universidade orientará a compra dos módulos, acompanhará a sua instalação e será responsável por avaliar, em tempo real, a produção de energia elétrica. Com duração de três anos, renováveis, o trabalho deverá embasar políticas públicas de incentivo à adoção da energia solar no campo, por meio de financiamentos a agricultores e cooperativas. Estão envolvidos quatro doutores, dois alunos de mestrado (com bolsas integrais) e dois de graduação.
Sistemas fotovoltaicos
Um dos coordenadores do Núcleo, professor Adriano Moehlecke, diz que a PUCRS contribuirá com sua expertise em sistemas fotovoltaicos e toda a capacidade de análise. Antes da aquisição, cada módulo será avaliado, e, com o seu funcionamento, haverá aferição da eficiência. “Muitas empresas oferecem o serviço. Uma diz que a tecnologia A é a melhor, e outra, a B. Como a cooperativa vai dizer para o seu associado que esses equipamentos são bons? E depois de um ano, como operarão? O agricultor terá todos os dados confiáveis.”
Definido o modelo de seleção de quem fornecerá o material e fará a instalação, o trabalho deve começar neste semestre. Os dados serão acompanhados, em tempo real, pela Itaipu, pelas cooperativas e pelos profissionais do NT-Solar. “Poderemos observar a irradiância solar que está chegando aos locais e quanto de energia foi produzida”, explica a professora Izete Zanesco, também coordenadora do Núcleo.
Quedas de energia elétrica atrapalham produção
O superintendente de Energias Renováveis de Itaipu, Herlon de Almeida, destaca que mais de 90% das propriedades rurais estão ligadas à rede elétrica. O grande problema é a qualidade da distribuição. Lembra que as instalações remontam aos anos 1970 e 1980, quando não havia grandes demandas. “Hoje as atividades exigem uma capacidade de resposta superior. Existe muito descontentamento por quedas de energia elétrica.”
Nessa interação com o meio produtivo, a Itaipu busca alternativas. Segundo Almeida, o preço não é a grande questão, visto que a energia no meio rural custa entre um quarto e um quinto do valor da urbana. A PUCRS foi procurada pela Itaipu para execução do projeto. “Ao que me consta, a Universidade tem o único laboratório capaz de medir o desempenho efetivo de cada célula solar.” Também destaca a infraestrutura da Instituição.
Com o estudo, afirma o superintendente da Itaipu, será possível calcular exatamente os custos de instalação dos módulos fotovoltaicos e o retorno aos produtores. “Daremos respostas técnicas e geraremos dados que poderão resultar em políticas dos governos para incentivar a adoção dessa tecnologia, aumentando o prazo de crédito em programas de apoio, por exemplo.”
A reportagem completa, publicada na edição nº 183 da Revista PUCRS, pode ser acessada aqui.
