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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


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Célula Solar: Perdas



Módulo Fotovoltaico: Células Associadas

Dispositivo com proteção a choques térmicos, mecânicos, ambientes salinos, umidade e alta durabilidade.

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Materiais e Tecnologias

- Silício cristalino – monocristalino, multicristalino, fitas, filmes

- Silício amorfo- GaAs e compostos III-V- CdTe- CIS – CuInSe2

- Polímeros- Corantes


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


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

6

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


Lâmina de Si 31%Módulo

38%

Célula31%


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 )


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


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.”


1998 1999 2000 2001 2005 201002

46

810

(x1000 Toneladas)

Si off-spec Déficit de Si Demanda

8000

5600

2400


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


- Material deverá ter qualidade suficiente para produzir células de alta eficiência.

Silício Grau Solar: Eficiência


- 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


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.


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


Ações Coordenadas - Governo


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

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