5º Seminário Internacional de Construções Sustentáveis 2º Fórum de Desempenho de Edificações

27 de outubroPasso Fundo - RS

PRINCÍPIOS BÁSICOS DA CONVERSÃO FOTOVOLTAICA, HISTÓRICO E STATUS

ATUAL DESTA TECNOLOGIA

Prof. Alexandre J. Bühler

GPAER – Grupo de Pesquisa Aplicada em Energias Renováveis

Quanta energia atinge a Terra vinda do Sol?

Considerando:Raio médio da Terra: 6,37 x 106 mConstante solar: 1362 W/m²

Potência do Sol na Terra: 3,47 x 1017 WÁrea de meia esfera: 2,548 x 1018 m²

O cálculo leva em consideração queaproximadamente metade da radiaçãoque atinge a Terra por unidade de tempoé refletida pelas nuvens e aerossóis ouabsorvida na atmosfera.

Consumo total de energia elétrica em 201222.668 TWhTempo de energia do Sol: 6,8 minutos

Consumo total de energia em 2012158.000 TWhTempo de energia do Sol: 53,1 minutos

Por ano, a Terra recebe cerca de 20.000 vezes mais energia do que o consumo mundial total em 2012.

Energia solar

Térmica Química Fotovoltaica

Coletor solarCélulas de corante

Célula fotovoltaica

EXTRAÇÃO DA ENERGIA SOLAR

Conversão térmica

EXTRAÇÃO DA ENERGIA SOLAR

Coletor solar térmico plano

Coletor solar de tubo a vácuo

Conversão química

EXTRAÇÃO DA ENERGIA SOLAR

Fotossíntese

Células solares de Grätzel

Conversão fotovoltaica

EXTRAÇÃO DA ENERGIA SOLAR

O início da energia solar FV

O efeito fotovoltaico foi observado pela primeira vez por Alexandre Edmond Becquerel em 1839.

Com 19 anos de idade Becquerel elaborou um experimento com cloreto de prataimerso em uma solução ácida que gerava uma corrente quando iluminada.

O início da energia solar FV

• Em 1839 descobre o efeito fotovoltaico em uma célula eletroquímica.

• Em 1876 foi construída o primeiro aparato fotovoltaico utilizandoconceitos de física de estado sólido.

• Em 1956 inicia-se a produção industrial seguindo o crescimento daeletrônica.

• A corrida espacial impulsiona pesquisas em FV.

• Em 1973 a crise mundial do petróleo renova e amplia o interesse pela FV.

• No fim da década de 90 Alemanha e Japão criam políticas de incentivopara a FV com o objetivo de reduzir a emissão de CO2.

• A partir de 2006 a China passa a produzir componentes para o mercadoFV contribuindo para a redução drástica dos custos de fabricação.

O que é uma célula FV

Lado N: espessura entre 0,3 mm até 1 mm

Lado P: espessura entre 200 mm até 500 mm

Grau de pureza mínimo do silício para uso em fotovoltaica:99,9999%

Grau metalúrgico: até 99,5%

Processo de fabricação

Principais tecnologias fotovoltaicas

Célula FV de silício monocristalino

Módulo FV de silício monocristalino

Lingote de silício monocristalino

17 – 18% de eficiência

Principais tecnologias fotovoltaicas

Célula FV de silício multicristalino

Módulo FV de silício multicristalino

Bloco de silício multicristalino

15 – 16% de eficiência

Principais tecnologias fotovoltaicas

Silício amorfo

Telureto de Cádmio

CIGS

Filmes finos

11 – 13% de eficiência

Eficiência das células fotovoltaicas

Eficiência é mesmo importante?

Usina de Itaipú:

Área inundada: 1350 km²

Potência: 14 GW

Energia gerada: 80-90 TWh/ano

19% del consumo total

Generação fotovoltaica na área inundada:

Eficiência global de 10%

Potência FV instalada: 135 GW

Energia gerada: 229 TWh/año

49% del consumo total

Preço para sistemas FV

Potência fotovoltaica acumulada

1,4GWp

179,4GWp

By the end of 2016, cumulative global installed photovoltaic (PV) installations will surpass 310 gigawatts (GW), compared to just 40 GW at the end of 2010, according to IHS.

Potência fotovoltaica acumulada

http://www.renewableenergyfocus.com

Potência fotovoltaica acumulada

País Potência em 2014 (GW)

País Potência Acumulada em

2015(GW)1 China 10,6 China 43,062 Japão 9,7 Alemanha 39,643 EUA 6,2 Japão 33,34 Reino Unido 2,3 EUA 27,325 Alemanha 1,9 Itália 18,926 França 0,9 Reino Unido 9,087 Austrália 0,9 França 6,558 Coréia do Sul 0,9 India 5,179 África do Sul 0,8 Espanha 4,83

10 Índia 0,6 Austrália 4,1

Potência fotovoltaica instalada em 2012 e acumulada (IEA, 2015).

Sistemas pequenos

Sistemas grandes

Sistemas modulares

Grandes centrais fotovoltaicas no mundo

Agua Caliente Project

Local: Yuma County, Arizona, EUAPotência instalada: 290 MWInvestimento: U$ 967 milhões Módulos: 4,9 milhõesEnergia gerada: 559.000 MWh/ano

Supondo famílias com consumo mensal de 200 kW.h essa central pode atender 233.333 famílias.

Grandes centrais fotovoltaicas no mundo

Topaz Solar Farm

Local: San Luis Obispo County, Califórnia, EUAPotência instalada: 550 MWInvestimento: U$ 2,5 bilhões Módulos: 9 milhõesEnergia gerada: 1.100.000 MWh/ano

Supondo famílias com consumo mensal de 200 kW.h essa central pode atender 458.333 famílias.

Maiores centrais FV

País Potência (MW)

Nome Em operaçãodesde:

1 China 1000 Yanchi Solar PV Station 2016

2 EUA 575 Solar Star Projects 2015

3 EUA 550 Desert Sunlight Solar Farm 2015

4 EUA 550 Topaz Solar Farm 2011-14

5 China 480 LongyangxiaHydro-Solar PV Station

2013-15

6 EUA 350 Copper Mountain III Solar Facility

2015

7 India 345 Charanka ParkPV power plant

2012-15

8 França 300 Centrale solaire de Cestas 2015

9 EUA 290 Agua Caliente Solar Project 2012

10 EUA 250 Silver State South Solar 2016

http://www.pvresources.com/en/top50pv.php

Maior central FV do mundo

Área estimada em 3000 hectares – energia para quase 1 milhão de famílias

Estamos mudando e precisamos mudar!

Embora aindatenhamos reservas de combustíveis fósseis, ou a natureza nos mostrará o que ocorrequando passamos o ponto.

O mundo está mudando para as renováveis.

Obrigado pela atenção!