Publicado em 09 de novembro de 2023 por Mecânica de Comunicação

Incentivo às indústrias de purificação de silício para fabricação mais limpa de módulos fotovoltaicos

A utilização da energia solar para produção de energia elétrica surgiu a pouco mais de 160 anos. Em 1839, Edmond Becquerel, um cientista francês, descobriu o efeito fotovoltaico observando suas experiências eletrolíticas. Contudo, a produção em nível industrial da tecnologia fotovoltaica foi somente iniciada em 1956 com a corrida espacial e mais impulsionada em 1973 com a crise do petróleo. Após isso, houve um rápido desenvolvimento da tecnologia. Em 2015, houve uma produção global de células fotovoltaicas entre 56 GW a 61 GW com aumento em 2016 entre 65-76 GW mostrando o rápido crescimento e produção dos componentes fotovoltaicos.

Dentre as várias tecnologias existentes na área de energia solar, os módulos fotovoltaicos se destacam em 80% das vendas realizadas no ramo do silício policristalino, completado com 20% das vendas de silício amorfo. Para a utilização do silício no sistema fotovoltaico, é necessário que este elemento atinja um grau altíssimo de pureza, para alcançar uma qualidade de purificação conhecido como Silício Grau Solar (SiGS) com 99,99% de pureza, necessário para condução de energia elétrica. A partir do silício de grau solar, são confeccionados os lingotes e wafers, células e módulos.

Os sistemas fotovoltaicos utilizam basicamente dois tipos de células, a célula mono cristalina e a policristalina, o que as diferenciam é o modo de produção do wafer de silício conhecido como formato de “bolacha”. O wafer é gerado através da produção do lingote. O processo de produção do lingote é criado a partir de uma semente de silício fixada à uma haste central. Esta haste é tracionada enquanto o silício gira e fica fundido à semente, desta forma, o formato final do wafer é um disco.

A matéria-prima da célula fotovoltaica é o silício cristalino. Dentre os tipos de silício existentes, há três tipos de silício que são utilizados na produção de uma célula fotovoltaica, o silício mono cristalino, o silício policristalino e o silício amorfo. A célula monocristalina é obtida através de barras cilíndricas (wafer) onde são produzidas em fornos adequados. Ela possui uma eficiência maior quando comparada aos outros tipos de tecnologias fotovoltaicas existentes.

A célula policristalina é produzida a partir de pedaços de silício, onde estes são obtidos por moldes especiais e moldados a partir da fusão. Devido à junção de vários pedaços, os átomos de silício não se organizam em um único cristal, criando-se assim uma célula com várias superfícies. A eficiência do módulo decresce um pouco devido a esse processo. As células mono e policristalina são estruturas rígidas. Já as células de silício amorfo é maleável, e pode se adequar a arquitetura do local de instalação. Essas células são obtidas a partir da decomposição de camadas bastante finas de silício. Sua eficiência é a menor dentre as células de poli e mono cristalino.

O Brasil possui uma ampla reserva de matéria-prima, mas o silício de grau solar é vendido para empresas estrangeiras realizarem a purificação do silício. Após a purificação, o silício é comprado de volta agregando um valor muito alto ao produto. Se houvesse empresas de purificação de silício no Brasil, todo o processo produtivo poderia ser feito em solo nacional e assim reduziria bastante os custos e os impactos ambientais.

A tecnologia fotovoltaica tem tudo para crescer no mercado e estar presente na matriz energética brasileira, o que ajudará a diminuir a utilização de fontes poluidoras e tornará a utilização de energia mais sustentável. No entanto, para mitigar as emissões poluentes, deve ser proposto o uso de materiais que possam substituir os principais compostos que influenciam nos impactos ambientais. Tornando a tecnologia fotovoltaica mais limpa desde o início da sua fabricação.

As informações acima foram extraídas da dissertação de mestrado Avaliação de Impactos Ambientais do Módulo Fotovoltaico: Produção e Uso como Fonte de Energia Elétrica, defendida por Adriana de Souza Oliveira, ao departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Tecnologia da Universidade de Brasília, sob orientação da professora Sandra Maria da Luz.