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Módulos Solares Fotovoltaicos: tecnologia de fabricação

No texto de hoje, falaremos sobre as tecnologias de fabricação dos módulos solares fotovoltaicos comercialmente disponíveis no Brasil e explicaremos também sobre o processo de montagem.

☼ Conceitos:

Módulo solar fotovoltaico: são constituídos por células solares interligadas de tal forma a se produzir tensão e corrente ideal para seu funcionamento.

Célula solar fotovoltaica é o dispositivo eletrônico semi-condutor, que utiliza efeito fotovoltaico para produzir eletricidade. O silício (Si) ainda é o material mais utilizado para a fabricação destas das células solares fotovoltaicas.

  • Uma célula fotovoltaica tem aproximadamente 150 milímetros de diâmetro.
  • Com luz solar, cada célula produz uma tensão DC de cerca de 0,4V DC.
  • Um módulo é um conjunto de cerca de 36 células , 60 ou 72 células, conforme modelo  e fabricante.
  • As células podem ser ligadas entre si em série/paralelo, para produzirem a tensão desejada.

Hoje os módulos fotovoltaicos mais comercializados são os de Silício, podendo ser constituídos de células Monocristalinas ou Policristalinas.

Vamos entender quais são as diferenças:

☼  Células Monocristalinas

Estas foram as primeiras células solares, elaboradas a partir de um bloco de silício cristalizado num único cristal. Apresentam-se sob a forma de placas redondas, quadradas ou pseudo quadradas.

Fonte da imagem: https://ae01.alicdn.com/kf/HTB1H5ckKXXXXXajXFXXq6xXFXXXS/100pcs-20-4-efficiency-6×6-font-b-Monocrystalline-b-font-font-b-solar-b-font-font.jpg

Principais Características da Monocristalinas:

Têm o melhor rendimento elétrico é (aproximadamente 16%, podendo subir até cerca de 28% em laboratório), mas as técnicas utilizadas na sua produção são complexas e caras.

Por outro lado, é necessária uma grande quantidade de energia na sua fabricação, devido à exigência de utilizar materiais em estado muito puro e com uma estrutura de cristal.

☼  Células Solares Policristalinas

As células de silício Policristalino são mais baratas que as de silício monocristalina por exigirem um processo de preparação das células menos rigoroso. A eficiência, no entanto, cai um pouco em comparação as células de silício monocristalino.

Fonte da imagem: http://img.directindustry.com/pt/images_di/photo-m2/99501-2808519.jpg

O processo de pureza do silício utilizada na produção das células de silício policristalino é similar ao processo do Si monocristalino, o que permite obtenção de níveis de eficiência compatíveis. Basicamente, as técnicas de fabricação de células policristalinas são as mesmas na fabricação das células monocristalinas.

Podem ser preparadas pelo corte de um lingote, de fitas ou depositando um filme num substrato, tanto por transporte de vapor como por imersão. Nestes dois últimos casos só o silício policristalino pode ser obtido.

Cada técnica produz cristais com características específicas, incluindo tamanho, morfologia e concentração de impurezas. Ao longo dos anos, o processo de fabricação tem alcançado eficiência máxima de 16% em escalas industriais.

Estas células são produzidas a partir de blocos de silício obtidos por fusão de bocados de silício puro em moldes especiais. Uma vez nos moldes, o silício arrefece lentamente e solidifica-se. Neste processo, os átomos não se organizam num único cristal. Forma-se uma estrutura policristalina com superfícies de separação entre os cristais.

O seu rendimento hoje já semelhante, diria que quase igual a monocristalina e possuem um custo de produção menos elevado.

Montagem:

Tanto o p-Si quanto o m-Si recebem durante a fase de fundição o primeiro dopante, Boro.

Após a retirada do forno, este material na forma de linguote é retificado para se obter uma seção quadrada, ou é somente limpo no caso das células redondas.

É cortado em lâminas com o auxílio de uma serra diamantada.

Estas lâminas muito finas são limpas e polidas.

São levadas  a um segundo forno onde recebem o segundo dopante, Fósforo – células solares.

(Para reduzir a reflexão das lâminas de silício, faz-se necessário depositar um filme anti-reflexo, por meio de uma evaporadora de filmes finos).

São impressas em ambos os lados malhas de fios  de prata – canalizar o fluxo de elétrons livres quando a exposição da luz.

Nesse momento cada célula gera aproximadamente 0,5V e serão soldadas umas as outras (36 a 72 células) para garantir V e A adequadas ao seu funcionamento.

36 células – padrão 12V – off grid /60 a 72 células – módulos  – on grid

Depois de cuidadosamente soldadas, essas células são devidamente impermeabilizadas com EVA (Etil Vinil Acetato) para impedir a entrada de pó e umidade.

A este pacote incorpora-se uma lâmina de vidro temperado, baixo teor de Ferro, uma camada plástica (backsheet)  na face posterior e uma moldura de alumínio anodizada que garante a robustez mecânica.

Finalmente, instala-se as caixas de conexão para as ligações elétricas e os módulos PV vão para os testes.

Quer saber mais? Fique ligado nos próximos posts – Abordaremos as ligações dos módulos série e paralelo.

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