Fabricação de Células Solares e Módulos Fotovoltaicos · Fabricação de Células Solares e...
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Fabricação de Células Solares e Fabricação de Células Solares e Módulos FotovoltaicosMódulos Fotovoltaicos
Adriano Moehlecke
Centro Brasileiro para Desenvolvimento da Energia Solar FotovoltaicaNúcleo Tecnológico de Energia Solar - Faculdade de Física
Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de MateriaisPontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Fabricação de Células Solares e Fabricação de Células Solares e Módulos FotovoltaicosMódulos Fotovoltaicos
SUMÁRIO
A. CÉLULAS E MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
B. PRODUÇÃO MUNDIAL E TECNOLOGIAS
C. FABRICAÇÃO DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
D. SILÍCIO: PROBLEMAS E SOLUÇÕES
E. BRASIL: ESTRATÉGIAS PARA O DESENVOLVIMENTO
F. MENSAGEM FINAL
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CÉLULA IDEAL- Alta absorção- Elevada coleta de
portadores de carga- Baixo custo de fabricação:“célula seca”
- Matéria prima renovável/ abundante e barata
A. CÉLULAS E MÓDULOS
Célula Solar: Perdas
A. CÉLULAS E MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
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Célula Solar: Perdas
A. CÉLULAS E MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
A. CÉLULAS E MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
Módulo Fotovoltaico: Células Associadas
Dispositivo com proteção a choques térmicos, mecânicos, ambientes salinos, umidade e alta durabilidade.
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A. CÉLULAS E MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
Materiais e Tecnologias
- Silício cristalino – monocristalino, multicristalino, fitas, filmes
- Silício amorfo- GaAs e compostos III-V- CdTe- CIS – CuInSe2
- Polímeros- Corantes
A. CÉLULAS E MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
Materiais e Tecnologias
Silício cristalino, diversas tecnologias de fabricação
Serigrafia/Difusão de fósforo
Contatos enterrados /Difusão de fósforo e alumínio
Bifacial/ Difusão de fósforo e boro
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ll Silício cristalino:PUCRS/UFRGS: 17%, silício CzUSP: 17%, silício FZ e CzUNICAMP: 16%, com Si-Cz; 13% com Si-multi;5% com Si purificado nacionalHELIODINÂMICA, 1980, capacidade 1 MWp
ll Silício amorfo hidrogenado: USP, UNICAMP (7%)
ll Silício policristalino: CETEC-MG
ll CdS/CdTe: IME, 4,5%, 1º módulo de CdS/Cu2S em 1985
ll Corantes: IQ/USP, UFC
ll Polímeros: UNICAMP-1,5%, UFPE, UFPR
A. CÉLULAS E MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
Tecnologias Nacionais
IME
202287
401
560
750
1256
0
300
600
900
1200
1500
1999 2000 2001 2002 2003 2004
MW
B. Produção Mundial e Tecnologias
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4.1 4.3 5.6 4.6 4.4 3.30.2 0.2 0.2 0.2 0.6 0.4
12.3 9.6 8.96.4 4.5 4.4
0.50.3 0.5
0.7 1.1 1.1
42.1 48.2 50.251.6 57.2
54.7
40.8 37.4 34.6 36.432.2
36.2
1999 2000 2001 2002 2003 2004
Si filmes
CIS
a-Si
CdTe
c-Si multi
c-Si mono
B. PRODUÇÃO MUNDIAL E TECNOLOGIAS
Materiais / Tecnologias
Si - Lâminas 90,9%
C. Fabricação de Módulos
Fabricação das Células
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Fabricação do Módulo
C. FABRICAÇÃO DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
Lâmina de Si 31%Módulo
38%
Célula31%
C. FABRICAÇÃO DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
Distribuição dos Custos
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Lâmina de Si
Célula
Módulo
US$ 1,00
US$ 1,00
US$ 1,25Vidro temperado com baixa quantidade de Fe
EVA de alta transparência com aditivos UV
Alumínio
Filme Plástico Branco
Fitas de Cu/Ag
Sn/Ag para soldagem
Produtos Químicos
Gases
Dopantes (POCl3, filmes )
C. FABRICAÇÃO DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
Materiais Utilizados no Processamento
85,3
52,1
81,5
66,8
2,2
2,6
0,02
0,02
2,4
8,7
2,9
5,3
10,1
36,6
15,5
28
Processo Convencional
Processo Convencional
Processo Rápido
Processo Rápido
0 20 40 60 80 100
Percentual do Custo Total (%)
Produtos Químicos (PQ) Gases Energia Elétrica Lâminas
Gases e PQ alto custo
Gases e PQ baixo custo
Gases e PQ alto custo
Gases e PQ baixo custo
C. FABRICAÇÃO DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
Materiais Utilizados no Processamento
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13 de abril de 2005, Agência Reuters
Falta de silício pode barrar expansão de energia solar
“Os principais executivos do setor de energia solar expressaram temores hoje quanto à possibilidade de que o excelente crescimento de sua indse estagnar devido a uma escassez de poli-silício.”
“Os fabricantes de poli-silício estão desenvolvendo formas de se produzir células solares mais baratas, que não precisam de materiais tão puros quanto os usados nos chips. Porém, a produção em quantidade deve demorar ainda alguns anos.”
D. SILÍCIO: PROBLEMAS E SOLUÇÕES
1998 1999 2000 2001 2005 201002
46
810
(x1000 Toneladas)
Si off-spec Déficit de Si Demanda
8000
5600
2400
D. SILÍCIO: PROBLEMAS E SOLUÇÕES
Crescimento da Demanda de Silício
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- Crescimento da indústria de módulos fotovoltaicos requer suprimento de Si; 10.000 toneladas nos próximos 10 anos;
- Material deverá ter qualidade suficiente para produzir células de alta eficiência;
- Meta de Custo: 20-25 dólares/kg
- Esforços conjuntos + apoio governamental.
Si-Metálico →→ Purificação →→ Si-GS
Silício Grau Solar
D. SILÍCIO: PROBLEMAS E SOLUÇÕES
- Material deverá ter qualidade suficiente para produzir células de alta eficiência.
Silício Grau Solar: Eficiência
D. SILÍCIO: PROBLEMAS E SOLUÇÕES
- Célula de 100 cm2 ;eficiência de 15%
- US$3,25/W
- 50% de redução de custos na lâmina; eficiência =
- 50% de redução de custos na lâmina; eficiência de 10%
- US$4,11/W
- 15,6%
+ 26,5%
- US$2,74/W
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Silício Grau Solar: Rotas Alternativas
D. SILÍCIO: PROBLEMAS E SOLUÇÕES
Química Metalúrgica
•Hemlock•Wacker Chemie•ASiMI/REC (SGS)•Tokuyama•Degussa/Solar World
•Elkem•ECN•Crystal Systems
CETEC-MGUNICAMP
IPT- SP
A encruzilhada: qual material / tecnologia?
ll MADURASilício cristalinoConfiabilidade, durabilidade, equipamentos disponíveis, plantas de fabricação modulares, experiência em pesquisa e na indústria, disponibilidade de matéria-prima com rotas alternativas, recuperação da energia (2-3 anos)
ll PESQUISA BÁSICA E/OU AVANÇADA- Filmes finos de CdTe e CIS - Filmes de silício policristalino- Corantes, polímeros e nanoestruturas
E. BRASIL: ESTRATÉGIAS
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E. BRASIL: ESTRATÉGIAS PARA DESENVOLVIMENTO
Pesquisa Básica e Aplicada
l CÉLULAS SOLARES
- Células solares em silício →→ alta eficiência e baixo custo: materiais de menor custo, Si-Grau Solar, redução na espessura
- Filmes finos: CdTe, CIS, filmes de silício, corantes, polímeros: alcançar eficiências de 10%
l SILÍCIO GRAU SOLAR
- Rota metalúrgica e rota química – avançar em pesquisa e desenvolvimento e produzir em escala piloto.
E. BRASIL: ESTRATÉGIAS PARA DESENVOLVIMENTO
Unidades de Produção Piloto
l Desenvolvimento do processo industrial
l Instalação e automação de equipamentos industriais
l Eficiência de dispositivos de grande área
l Eficiência de produção
l Cálculo de custos em função da tecnologia
l Estabelecimento da cadeia de fornecedores e busca de materiais nacionais
l Formação de recursos humanos
l Produção de silício suficiente para testes/análises.
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Planta-Piloto de Produção de Módulos
Empresas
Financiadores
Universidades
Governo
EmpresasLíderes
Empresas
Financiadores
Universidades
Governo
EmpresasLíderes
Empresas
Financiadores
Universidades
Governo
EmpresasLíderes
Empresas
Financiadores
Universidades
Governo
EmpresasLíderes
E. BRASIL: ESTRATÉGIAS PARA DESENVOLVIMENTO
Ações Coordenadas - Governo
E. BRASIL: ESTRATÉGIAS PARA DESENVOLVIMENTO
Silício
IPT
UNICAMP
CETEC-MG
Célula
PUCRS
UNICAMP
USP
CETEC-MG …
Módulo Sistema
PUCRS
…
CEPEL
PUCMINAS
PUCRIO
PUCRS
UFRGS
USP
…
Envolver indústrias e grupos de investidores.
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A criança cresce...
F. MENSAGEM FINAL
e qual o futuro desta criança?
Os próximos anos dirão . . .
F. MENSAGEM FINAL