ENERGIA, ECONOMIA, ROTAS TECNOLÓGICAS. TEXTOS SELECIONADOS
Yolanda Vieira de Abreu y otros
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O a-Si já foi visto como a única tecnologia fotovoltaica em filmes finos comercialmente viáveis, sendo muito utilizado em produtos de consumo muito baixo, como calculadoras e relógios. Por apresentarem resposta espectral mais direcionada para a região azul do espectro eletromagnético, as células fabricadas com essa tecnologia absorvem 40 vezes mais radiação solar que o c-Si e adaptaram-se muito bem à iluminação artificial e sob a radiação difusa, predominante nos dias nublados. Com essa alta capacidade de absorção, os filmes de a-Si consomem menos de 1% da matéria prima consumida pelo c-Si, e um filme fino, de cerca de 1 μm de espessura, pode absorver até 90% da energia luminosa incidente.
O silício amorfo, por não possuir estrutura cristalina, apresenta defeitos nas ligações, o que aumenta a probabilidade de recombinação dos pares elétron-lacuna. Todavia, conforme já abordado anteriormente, esse problema pode ser minimizado com a hidrogenação, processo pelo qual os átomos de hidrogênio ligam-se aos defeitos das ligações, permitindo que os elétrons movimentem-se de modo mais fácil (ALDABÓ, 2002; SHAYANI, 2006).
Os processos de produção de a-Si, a plasma, ocorrem a temperaturas inferiores a 300 ºC, possibilitando o depósito desses filmes sobre substratos de baixo custo, como o vidro, o aço inoxidável e alguns plásticos (RÜTHER, 2004). Com isso, desenvolveram-se módulos solares comercialmente disponíveis que são flexíveis, inquebráveis, leves, semitransparentes e adaptáveis a superfícies curvas. Com estética mais atraente, o a-Si encontra aplicações arquitetonicamente mais favoráveis, substituindo materiais de cobertura de telhados e fachadas em instalações integradas ao ambiente construído. Essa maior versatilidade ampliou o mercado fotovoltaico.
Essa tecnologia, por estar ainda no início do seu desenvolvimento, tem eficiência bastante
menor que a do c-Si, o que significa que se necessita de quase o dobro da área em módulos solares de filmes finos para se obter a mesma potência instalada com painéis de c-Si. Mesmo considerando o fato de os painéis de filmes finos já terem preço inferior ao dos painéis de c-Si por unidade de potência — Wp —, a área ocupada para determinada potência instalada deve ser seriamente considerada nas análises econômicas. Sendo assim, é como material de revestimento que o a-Si leva grande vantagem sobre o c-Si, porque o custo por metro quadrado passa a ter maior importância que o custo por Wp, critério em que aquele já leva vantagem sobre este.
Neste ponto, cabe um melhor esclarecimento acerca do que é potência nominal de uma célula ou de um módulo solar fotovoltaico: é a potência de pico ou potência máxima obtida sob condições-padrão de teste (CPT). Isso explica a anexação da letra p, de pico, à unidade de potência. Sendo assim, têm-se: Wp e kWp (RÜTHER, 2004). As CPT, no caso, são: (a) temperatura ambiente = 25 ºC; (b) intensidade de radiação = 1 kW/m2; e (c) espectro solar = AM 1,5 (LABOURET et al., 2005). AM é a sigla para a expressão de língua inglesa air mass, e o número 1,5 que a sucede representa quantas vezes o comprimento de ar da atmosfera, em linha reta, que a radiação solar tem de percorrer até atingir a superfície terrestre é maior que o comprimento que deveria ser percorrido se a radiação incidisse perpendicularmente à superfície. A Figura 07 permite compreender o significado da sigla AM, sendo que o número que a acompanha é igual a (1/sen(h)), em que “h” é o ângulo indicado.
O tempo de retorno de energia para o a-Si, atualmente em torno de um ano , é substancialmente menor que para o c-Si, principalmente por causa da menor quantidade de energia despendida na fabricação do substrato de vidro ou aço inoxidável; ademais, é pequena a potência necessária para o depósito da película delgada de a-Si sobre o substrato — da ordem de 1 kW/m2, coincidentemente da mesma ordem de grandeza da radiação solar na superfície terrestre (RÜTHER, 2004).
Uma outra característica positiva do a-Si reside no fato de que, ao contrário de todas as outras tecnologias fotovoltaicas, o aumento da temperatura de operação não provoca redução na potência gerada (RÜTHER e LIVINGSTONE, 1993), o que é, sem dúvida, uma vantagem nas aplicações em países de clima quente, como o Brasil. Segundo Rüther (2004), o desempenho das células de a-Si integradas a edificações, situação em que os módulos atingem temperaturas elevadas pela falta de ventilação na parte posterior, em termos de energia gerada por potência instalada, em kWh/kWp, tem-se mostrado superior à das demais tecnologias em operação no Brasil.
Segundo informações do DOE, uma desvantagem do a-Si é a variabilidade de desempenho que ele apresenta quando é exposto à luz solar, pois sua potência elétrica inicial decai em até 20% antes de estabilizar-se, caracterizando o efeito denominado Staebler-Wronski (SHAYANI, 2006).