SISTEMAS FOTOVOLTÁICOS NA INDÚSTRIA DA CONSTRUÇÃO CIVIL

Prof. Dr. Antonio Carlos Demanboro – FEC/UNICAMP Graduanda Tami Schulze – FEC/UNICAMP

Resumo

No presente trabalho é feita uma avaliação detalhada do desenvolvimento das células fotovoltáicas em nível mundial, visando caracterizar as oportunidades de inserção da tecnologia de painéis fotovoltáicos (PV´s) no setor da Construção Civil brasileira. São feitas considerações sobre os intrincados aspectos econômicos, energéticos e ambientais envolvidos na geração de energia elétrica através de sistemas fotovoltáicos. Contribui-se para o aprofundamento do conhecimento das tecnologias de ponta que estão sendo desenvolvidas no mundo, e que estão tornando os PV´s cada vez mais viáveis em seus múltiplos aspectos. Palavras chave: fotoeletricidade, energia, construção civil, meio-ambiente.

1.0 INTRODUÇÃO Os combustíveis fósseis tiveram sua origem na assimilação do dióxido de

carbono pelas plantas a partir da energia do sol, num processo que durou 200 milhões de anos. Em contraposição a essa escala de tempo, devido a sua vasta utilização atual, é esperado que os combustíveis fósseis se esgotem em cerca de 100 a 150 anos. Como conseqüência, a quantia de dióxido de carbono e óxidos de enxofre tem aumentado rapidamente, contribuindo para agravar os problemas ambientais como a chuva ácida, o efeito estufa e a destruição da camada de ozônio, conforme é mostrado na figura 1 (Ohnishi et al.,1995)

Figura 1 – Impactos ambientais agravados pela queima dos combustíveis fósseis.

Tendo em vista o agravamento dos problemas ambientais e a gradativa diminuição das reservas energéticas, é necessário desenvolver novas fontes de captação de energia que seja abundante e segura ao mesmo tempo, para a substituição dos combustíveis fósseis, que são um recurso finito.

Neste aspecto, a energia solar é a forma ideal de energia porque pode ser considerada praticamente limpa, inesgotável, e disponível em todos os lugares do mundo. A quantidade de energia solar que recobre a Terra é de 170 bilhões de MW. Esta quantidade é tão grande que uma hora de captação desse potencial seria suficiente para suprir as necessidades energéticas de todo o mundo, por um ano (Ohnishi et al.,1995).

Dentre os métodos disponíveis para a utilização da energia solar, o método mais promissor é a célula solar, que usa o efeito fotovoltáico dos semicondutores para converter a energia da luz solar em energia elétrica. (Ohnishi et al.,1995). Na figura 2 é mostrado o princípio de funcionamento da célula solar, que é explicado a seguir.

Figura 2 – Princípio de funcionamento da célula solar.

Todo o processo de captação da energia solar através de células ou filmes fotovoltáicos pode ser explicado através de conceitos baseados na física quântica, porém, uma forma utilizada para abordar classicamente tais conceitos quânticos é utilizar o modelo atômico proposto por Bohr. Nesse modelo, o átomo divide-se em núcleo - onde encontram-se os prótons e nêutrons, e eletrosfera - onde estão os elétrons (GREF, 2000).

É na eletrosfera que as conversões energéticas ocorrem. Portanto, o estudo de sua estrutura torna-se primordial. A eletrosfera divide-se em camadas (ou níveis energéticos) que são regiões onde a possibilidade de encontrar um elétron é maior. Quando os elétrons estão nas camadas próximas ao núcleo, afirma-se que o átomo está no seu estado fundamental.

Com o recebimento de energia, tais elétrons tornam-se excitados e “pulam” para camadas de nível maior, ou seja, mais afastadas do núcleo. Ao retornarem para sua camada de origem, o átomo perde a diferença de energia correspondente aos dois níveis, emitindo fótons nesse processo.

Ao passar para níveis energéticos mais elevados (banda de condução), o elétron deixa um lugar vago na banda de valência, que pode ser interpretado como o surgimento de uma carga positiva local.

Assim, é possível analisar como determinados materiais, denominados semicondutores, são utilizados na fabricação das células e filmes fotovoltaicos.

Os materiais semicondutores apresentam uma pequena distância entre suas bandas de valência e de condução, de modo que ao ser fornecida a energia de um fóton para o elétron, este consegue “saltar” para a banda livre ou de condução.

A medida que os saltos vão ocorrendo, há o surgimento de lacunas que serão futuramente ocupadas por outros elétrons. Este movimento de elétrons que atingem bandas de condução e que ocupam as lacunas existentes, dão origem a uma corrente elétrica no material.

Em materiais semicondutores puros a quantidade de lacunas e de elétrons estão equilibradas. Entretanto, quando é introduzido no material semicondutor uma pequena quantidade (cerca de uma parte por milhão) de outro elemento similar, mas com um elétron a mais ou um elétron a menos que o número de elétrons do material semicondutor, o equilíbrio descrito anteriormente é desfeito, gerando assim uma diferença de potencial.

Somente nessas condições é que a combinação de elementos semicondutores é capaz de converter a energia solar em elétrica (Palz, 1981).

A essa combinação denomina-se junção P-N. O material com mais elétrons é chamado de semicondutor tipo N, e o que possui menos elétrons é denominado semicondutor do tipo P, conforme mostrado na figura 2 (Palz,1981).

Quando um fóton com energia maior que a lacuna de energia atinge a região tipo P, passa a excitar um elétron da banda de valência para a banda de condução, deixando um buraco na banda de valência. Alguns elétrons criados pelos fótons combinam-se com os buracos, e outros migram para a junção, sendo então acelerados para a região N, pelo campo elétrico existente entre a dupla camada de carga elétrica. Desse modo, a região P fica com excesso de cargas positivas e analogamente a região N fica repleta de cargas negativas.

Como resultado estabelece-se uma diferença de potencial entre as regiões P e N e, se uma resistência de carga for ligada entre as duas regiões, haverá fluxo de carga no resistor, convertendo parte da energia luminosa em elétrica. A corrente no resistor é proporcional ao número de fótons incidentes, que por sua vez é proporcional à intensidade da luz incidente (Tippler, 1986).

Desde que a luz solar seja utilizada como fonte de energia, o resultado é um elemento gerador de potência que não necessita de combustíveis fósseis e não produzem gases poluentes.

As células solares também tem as seguintes características (Ohnishi et al.,1995): (i) Geram diretamente a energia elétrica; (ii) A eficiência de conversão é a mesma, independente da escala de potência

do gerador, seja ela de 1W ou 1MW. (iii) A potência é gerada mesmo com a luz difusa, tal como em dias nublados,

porém com menor eficiência. (iv) A vida útil é basicamente semipermanente porque não existem partes

móveis. 2.0 OBJETIVOS

Os objetivos deste projeto de Iniciação Científica são: Avaliação do estado da arte das tecnologias de sistemas fotovoltaicos em nível

mundial. Discussão das características técnicas, econômicas, energéticas e ambientais dos

sistemas fotovoltáicos. Avaliação das formas mais promissoras de implementação dos sistemas fotovoltaicos

na indústria da Construção Civil. 3.0 HISTÓRICO

A Energia Solar pode ser obtida através do Efeito Fotovoltaico, que é a conversão da energia luminosa captada da luz solar, em energia elétrica. Este efeito foi primeiramente relatado por Edmond Becquerel, em 1839, que observou o aparecimento de uma diferença de potencial nos extremos de uma estrutura de material semicondutor (eletrodos de platina cobertos com brometo de prata ou cloreto de prata), produzida pela absorção da luz (CRESESB,2005). Entre 1873 e 1876 foram publicados os primeiros artigos a respeito de fotocondutividade, por Smith e Adams respectivamente, através de estudos feitos utilizando o elemento Selênio (Spangaard, 2004).

No início do século XIX os avanços tecnológicos e científicos provocaram uma Revolução Industrial, a escala de manufaturar bens cresceu muito com o uso de máquinas no lugar da força humana ou animal. Nesta época o carvão e a madeira eram os principais combustíveis na Europa. A França, por sua vez, encontrava-se em desvantagem, já que a maioria do carvão que necessitava era importada de outros países. Prevendo a falta futura de energia para a indústria, em 1860 o prof. e matemático Augustin Mouchot decidiu buscar na energia solar a fonte para alimentar as máquinas. Para tanto, investiu duas décadas de pesquisas científicas nesta área (Perlin et al.,1985).

Mouchot iniciou suas pesquisas baseando-se em trabalhos já feitos sobre esse assunto. O primeiro invento estudado foi de Heron de Alexandria (séc. primeiro da era cristã).O seu experimento consistia em um sifão solar, que ao ser exposto ao sol, transferia água de um local à outro (Perlin et al.,1985).

Nos séculos XVI e XVII, filósofos naturais propuseram máquinas solares baseadas no princípio de Heron. Durante este período Athanasius Kircher buscava obter um relógio solar através de refletores gigantes (Perlin et al.,1985).

Em 1860, Mouchot direcionou suas pesquisas com a finalidade de captar a energia solar de forma eficiente e econômica para empregá-la nas indústrias. Seus experimentos baseavam-se em caixas grandes e térmicas que captavam a energia solar. Como tais caixas eram demasiadamente caras, Mouchot descobriu que combinando certos materiais como o vidro, o cobre e espelhos, poderiam tornar o “captador” de energia solar menor e mais eficiente. Mais tarde Mouchot conseguiu atrelar seu invento, o motor solar, à um refrigerador desenvolvido por Ferdinand Carré (Perlin et al.,1985).

Oito anos após o início das pesquisas de Augustin Mouchot, um engenheiro americano, John Ericsson, acreditava também que a energia solar moveria as máquinas da era industrial. Assim como o francês Mouchot, Ericsson preocupava-se com o rápido consumo de carvão. Em 1868 publicou um artigo sustentando a idéia de que o desenvolvimento da energia solar evitaria uma crise energética generalizada. Para regiões ensolaradas os motores movidos à energia solar seriam uma fonte de energia virtualmente ilimitada (Perlin et al.,1985).

Em 1872, Ericsson inventou um motor movido a ar aquecido pelo sol ao invés de vapor. O mecanismo deste último era o seguinte: o cilindro presente no motor era acoplado à um refletor curvo em forma de disco; o espelho concentrava os raios solares e aquecia a cabeça do cilindro, fazendo com que o ar aquecido em seu interior se expandisse e pudesse mover o pistão do motor. Alguns experimentos, e mais três anos de pesquisas bastaram para que Ericsson chegasse à conclusão de que motores movidos à energia solar eram mais caros que aqueles movidos à carvão, já que a tecnologia necessária para a captação da fonte energética era complexa e cara. Além disso, a comercialização dos motores solares era inviável. Outro obstáculo era a impossibilidade de manter um motor com estas características em locais onde o sol não fosse permanente (Perlin et al.,1985).

Para reduzir os custos do motor, Ericsson propôs acrescentar uma camada de vidro cristalino sobre a camada de prata utilizada na confecção do espelho refletor. Em 1884, Ericsson revelou seu novo desenho de refletor solar, anunciando que seu custo não ultrapassaria o custo de uma caldeira a vapor convencional. Após 4 anos de aperfeiçoamento dos motores solares, Ericsson pôde afirmar:

“Aperfeiçoado o novo motor solar e havendo fábricas capazes de fabricá-los, os proprietários das terras ensolaradas da costa do Pacífico podem agora usufruir da energia solar”.

Em 1898, Aubrey Eneas, um inventor e engenheiro inglês de Massachusetts, construiu seu primeiro motor solar, que era uma réplica uma vez e meia maior que aquele motor feito por Ericsson, em 1884. O valor de venda estimado para este motor era de U$1500,00; mas a sua eficiência era muito baixa, tornando inviável a sua utilização (Perlin et al.,1985).

Anos mais tarde, em 1902, devido à crise do carvão e ao inverno rigoroso, as pesquisas sobre uma nova fonte de energia tornaram-se mais fortes. Havia a possibilidade de substituir o carvão pelo mar, vento ou sol, como fonte de energia (Perlin et al.,1985).

Envolvido pelo entusiasmo de obtenção de energia através do sol, Eneas fundou o Solar Motor Company of Boston, para o desenho e manufatura de motores solares comerciais. Seu objetivo era vender os motores para o sudoeste dos Estados Unidos, onde combustíveis convencionais como a madeira e o carvão eram escassos e caros. Contribuía para isso o fato de 75% dos dias do ano eram ensolarados naquela região (Perlin et al.,1985).

A comercialização dos motores solares de Enéas somente teve início em 1903 com a criação do Solar Motor Company na Califórnia, e com a abertura de oficinas no edifício Bradbury em Los Angeles. A máquina completa (refletor, caldeira, máquina de vapor, bomba) era vendida por U$2160.

É importante ressaltar que o entendimento teórico do princípio fotovoltaico foi feito nesta mesma época, por Albert Einstein, o que lhe rendeu o Prêmio Nobel.

Entretanto, somente com o desenvolvimento das empresas de telecomunicações, nas décadas que se seguiram, é que começou o interesse e as pesquisas voltadas à tecnologia de células solares, já que a energia solar muitas vezes era a única fonte de energia acessível para sistemas instalados em localidades remotas.

Outro agente impulsionador foi a “corrida espacial”, já que a célula solar é o meio mais adequado (menor custo e peso) para fornecer a quantidade de energia necessária para longos períodos de permanência no espaço, além de fornecer energia para os satélites (Perlin et al.,1985).

Em 1973, com a primeira crise energética, surgiu o interesse pela aplicação da energia solar em ambientes terrestres. Porém, para tornar economicamente viável essa forma de conversão de energia, seria necessário reduzir em até 100 vezes o custo de produção das células solares em relação ao daquelas células usadas em explorações espaciais. Assim, foi necessário modificar o perfil das empresas envolvidas no setor. Nos Estados Unidos, as empresas de petróleo resolveram diversificar seus investimentos, englobando a produção de energia a partir da radiação solar (Perlin et al.,1985).

Em 1993 a produção de células fotovoltaicas atingiu a marca de 60 MWp, sendo o silício um dos principais materiais utilizados.

O silício, sendo o segundo elemento mais abundante no globo terrestre, tem sido explorado basicamente sob as formas monocristalino, policristalino e amorfo. No entanto, a busca por materiais alternativos é intensa e concentra-se na área de filmes finos (onde o silício amorfo se enquadra), pois além de utilizarem menor quantidade de material do que aquelas com estruturas cristalinas, requerem uma menor quantidade de energia no seu

processo de fabricação, ou seja, possuem uma maior eficiência energética (CRESESB,2005).

Existem dois tipos principais de materiais semicondutores que podem ser utilizados na fabricação de células fotovoltaica, que são os materiais inorgânicos e os materiais orgânicos, comentados a seguir. 3.1 MATERIAIS INORGÂNICOS

Em 1954 foi desenvolvida a primeira célula solar inorgânica nos laboratórios Bell (Chapin et al., 1954) . Baseada no Silício monocristalino, possuía uma eficiência de 6%,que rapidamente atingiu 10%.

Em 1958, células solares foram utilizadas na fabricação do Vanguard 1, satélite norte americano (Onishi etal.,1995). A principal aplicação, por muitos anos, foi em veículos espaciais como suprimento de potência (Goetzberger et al., 2002).

Desde então, essa tecnologia começou a ser utilizada em estações de transmissão de rádio, em faróis de sinalização e na indústria de telecomunicações.

Com a crise do petróleo, em 1973, as características da tecnologia fotovoltaica chamou a atenção dos pesquisadores, já que poderia ser uma forma alternativa de captação de energia. Pesquisas foram incentivadas e sustentadas pelo Departamento de Energia nos Estados Unidos e pelo Programa New Sunshine (formalmente, o Projeto Sunshine) do Ministério de Relações Internacionais e Indústria (MITI) do Japão (Ohnishi et al.,1995).

As primeiras células solares foram desenvolvidas com a utilização dos monocristais de silício, que apresentavam uma rápida degradação de sua vida útil (cerca de 20,1% a 18,7% a cada 10h de exposição à luz), mas uma alta eficiência, cerca de 24%, considerando os resultados obtidos em laboratório (Spanggaard,2004). Para reduzir tal degradação, seria necessário medidas para a purificação do cristal utilizado. Este processo tornava o custo de produção da célula solar demasiadamente alto (Goetzberger et al.,2002).

Afim de solucionar este problema, tecnologias utilizando o silicone policristalino foram desenvolvidas. Esta técnica consistia em solidificar o silício liqüefeito em moldes, para cortá-lo em lâminas e formar os cristais de silício policristalino (Ohnishi et al.,1995). Os resultados deste procedimento foram a redução dos custos e a facilidade de manufatura do produto. Entretanto, tal medida ocasionou uma redução da eficiência da célula, comparada com aquela inicialmente mencionada, atingindo 17% de eficiência de conversão (Spanggaard,2004).

Buscando sempre tornar as células fotovoltaicas comercialmente viáveis, nos anos 80 surgiu a idéia de se utilizar o silicone cristalino na forma de fitas (Crystaline Ribbon Technology), isto permitiria a redução de custos, já que devido a espessura fina do dispositivo, a quantidade de Silicone necessária poderia ser reduzida.

A busca por novas maneiras de produção das células fotovoltaicas levou ao desenvolvimento de novas técnicas de deposição do silicone, como o desenvolvimento da deposição através da pulverização (SSP). Desta forma, pode-se obter uma fina camada de silicone, mantendo a eficiência desejada e reduzindo custos e a espessura do material (Spanggaard,2004).

O desenvolvimento do filme fino de silicone cristalino foi então uma conseqüência de tais pesquisas. Wolf e Lofersky foram pioneiros no desenvolvimento de

tais filmes finos. Durante ensaios laboratoriais, eles notaram que quanto mais fina fosse a célula fotovoltaica, maior seria a corrente voltaica livre. Após décadas de estudos é que iniciou-se a busca por viabilizar comercialmente o filme fino, já que este tem um grande potencial para reduzir os custos de produção dos dispositivos para a captação da energia solar. Existem diversos estudos que comprovam a eficiência do filme fino, que apresentou um potencial de conversão de energia de aproximadamente 21% sob condições ideais (Spanggaard,2004).

Uma outra forma de se obter a energia solar é utilizando o silicone amorfo(a-Si) como matéria prima para a fabricação dos dispositivos de captação. Esta tecnologia teve início após os anos 60, e somente depois de cinco anos é que foi introduzido no mercado. Em 1976, Carlson desenvolveu a primeira célula solar de silicone amorfo, sendo que esta ainda apresentava a desvantagem de não ser tão eficiente quanto as outras e de sofrer degradação induzida pela exposição à luz. Hoje o material a-Si é aplicado geralmente no uso de ambientes internos. Os módulos solares que utilizam este material atingem cerca de 6-8% de eficiência, sua aparência fina, tal como um filme, é atrativa para o uso em fachadas de construções. Atualmente buscam-se soluções para combater o efeito da degradação do material (efeito Staebler-Wronski), o que tornaria possível a sua produção em larga escala (Spanggaard,2004).

Outra tecnologia em desenvolvimento é aquela baseada na combinação do silicone cristalino(c-Si) com o silicone amorfo (a-Si), denominada de heteroestrutura. A forma de captação da luz solar continua sendo através de lâminas mono ou policristalinas. Neste caso, o silicone cristalino é colocado entre camadas de silicone amorfo. Esta tecnologia apresenta as vantagens de redução de custos e alta eficiência. Os melhores resultados experimentais obtidos com esta tecnologia foram da empresa japonesa Sanyo; atingindo a porcentagem de 20,7% de eficiência para uma célula de 101 cm2 de área. De acordo com a Sanyo, as células solares apresentaram excelente estabilidade, e o plano piloto para a sua produção está sendo feito (Spanggaard,2004).

Hoje as células solares baseadas em silício são dominantes no mercado de células fotovoltaicas, e contabilizam 99% do total de células fotovoltaicas em uso (Spanggaard,2004).

Além do Silício, outros materiais são utilizados na fabricação de filmes finos, tais como: CuInSe2, CuGaSe2, CdTe, e suas múltiplas combinações. O pioneiro na utilização destes materiais para a fabricação de filmes finos foi Kazmerski, ele comprovou que o processo de fabricação da tecnologia é muito flexível (Spanggaard,2004).

A empresa ARCO Solar desenvolveu, em meados dos anos 80, o processo de fabricação da tecnologia em filmes finos. Tais dispositivos apresentaram eficiência máxima de 19%. Uma limitação deste dispositivo é o fato dele operar somente em circuitos de baixa voltagem (Spanggaard,2004).

As pesquisas com filmes finos baseados em telureto de cádmio, CdTe, tiveram inicio no laboratório RCA, através da combinação do Índio com cristais de CdTe, atingindo a eficiência de 2,1%. Na mesma época, estudos feitos na URSS foram publicados, sendo que desta vez a eficiência de conversão foi de 4%. O pesquisador Cusano utilizou a combinação do CdTe com o Cu2Te, alcançando a eficiência de 6%. Após 9 anos de pesquisas, foram testadas combinações do CdTe com o CdS, mas nenhum destes experimentos superou a marca dos 6% de eficiência atingido por Cusano. Após anos de pesquisas, o grupo de pesquisas da Universidade do Sul da Florida, juntamente

com o National Renewable Laboratory, conseguiram desenvolver uma célula capaz de converter 16% da energia solar captada (Spanggaard,2004).

Atualmente, a produção de módulos baseados em CdTe possuem a capacidade de gerar megawatts de potência. Uma área de 1m2 de filme fino monolítico já foi desenvolvido, sendo que o módulo que apresentou máxima potência (cerca de 70W) foi produzido pela BPSolarex. Apesar da eficiência comprovada do CdTe, este ainda possui problemas de aceitação no mercado, já que o Cd e o Te são substâncias tóxicas, instáveis e prejudiciais à saúde (Spanggaard,2004). 3.2 MATERIAIS ORGÂNICOS

O Antraceno foi o primeiro material orgânico comprovado que possuía a característica de fotocondutividade, observado por Pochettino em 1906 e Volmer em 1913 (CRESESB,2005).

Nos anos 50, com o estudo de substâncias fotossensíveis como a clorofila e seus derivados, tiveram início as pesquisas a respeito do uso de materiais orgânicos para a fabricação de dispositivos fotovoltaicos (Spanggaard,2004).

Também neste período, a possibilidade de se utilizar materiais orgânicos como fotoreceptores em sistemas de captação de imagens foi reconhecida (CRESESB,2005).

Nos anos 80, os primeiros polímeros estudados para a utilização em células fotovoltaicas foram o polinitrato de enxofre e o poliacetileno. Entretanto, o uso destas substâncias orgânicas, como base para a fabricação de dispositivos fotovoltaicos, reduzia a eficiência de conversão energética para apenas 0.1% (Spanggaard,2004).

Em 1986 houve um grande desenvolvimento das pesquisas nesta área, quando Tang descobriu que associando um doador e um receptor juntos, em uma mesma célula, a eficiência energética poderia aumentar para 1%. Este conceito, de heterojunção, fez com que as células fotovoltáicas orgânicas aumentassem a sua eficiência para 3% (Spanggaard,2004)

Outros materiais orgânicos, em desenvolvimento, são os polímeros conjugados, materiais fotocromáticos, ou moléculas orgânicas de vidro. As vantagens da utilização destes materiais são as seguintes: coeficiente de absorção óptico extremamente alto, possibilidade de produzir células com uma espessura muito fina (cerca de 1µm), baixa quantidade de matéria-prima necessária para a produção das células solares, facilidade para a manufatura do produto em larga escala, baixas temperaturas necessárias para os processos de fabricação e baixos custos (Goetzberger,et al.,2002).

Estes materiais possuem grandes chances de serem utilizados na fabricação de peças com grande área de extensão. Os investimentos em pesquisas nessa área estão aumentando a fim de aperfeiçoar a técnica e poder disponibilizá-la ao mercado. Algumas medidas de aperfeiçoamento quanto ao seu funcionamento devem ser tomadas visando aumentar a sua eficiência, a sua estabilidade e proteção contra as agressões ambientais (Goetzberger,et al., 2002). 4.0 TIPOS DE TECNOLOGIAS FOTOVOLTÁICA EM PESQUISA NO MUNDO 4.1 FILMES FINOS DE SILÍCIO CRISTALINO

Pesquisas recentes buscam desenvolver células solares de filme fino de silício cristalino (c-SiTFC), que permitam a redução de custos de manufatura. Para Wolf e

Lofersky o decréscimo da espessura da lâmina de silício utilizada faz com que a voltagem do circuito aberto aumente, conseqüência da redução de correntes saturadas, aumentando portanto a eficiência e finura da célula solar (Goetzberger et al., 2002).

A escolha do material do substrato determina a máxima temperatura permitida no processamento das células solares, que pode ser classificado em três categorias: (i) uso de altas temperaturas, (ii) uso de baixas temperaturas, (iii) técnicas de transferência. O uso de substratos eletricamente condutores permite o uso do esquema convencional de condutividade das camadas superiores e das camadas inferiores da célula solar. Materiais isolantes permitem a interconexão monolítica em série de várias células. O material para o substrato escolhido deve atender principalmente aos seguintes requisitos: baixo custo, estabilidade térmica, coeficiente de expansão térmica adequado, estabilidade mecânica e superfície plana (Goetzberger et al., 2002).

Em condições favoráveis, a máxima eficiência atingida pelos dispositivos deste tipo, atingiram mais de 21%. Esta taxa foi alcançada por dispositivos que utilizavam lâminas de silício como substrato, sendo que apenas os materiais de alta qualidade foram utilizados nos testes de eficiência. Para tornar acessível ao consumo, técnicas de substituição do substrato utilizado por um material de menor custo, é essencial. Para tanto pode-se classificá-las em três categorias: (i) deposição direta de camadas de silício no vidro, (ii) camadas de silício depositadas em substratos de alta resistência térmica, (iii) camadas monocristalinas de silício semi-processadas de lâminas de silício e colocadas em vidro (Goetzberger et al., 2002). 4.2 SILICONE CRISTALINO EM VIDRO (CSG)

Esta técnica surgiu no fim dos anos 80, período em que as técnicas tradicionais de fabricação de filmes finos estavam passando por dificuldades de estabilidade, complexidade e custo de produção, assim como viabilidade das pesquisas e potencial de toxidade do material utilizado. O programa de desenvolvimento do CSG ganhou força no ano de 1995, com a formação da companhia Pacific Solar, para adequar a técnica aos padrões comerciais (Green et al.,2004).

Uma linha piloto de produção surgiu em meados de 1998, produzindo módulos de 30cm X 40cm. Em 2002, a eficiência alcançada pelo módulo foi de 8%. A produção partiu para a escala comercial com módulos de 93cmX 78cm (0.7m2) em substratos de vidro. Em junho de 2004, uma nova companhia (CSG Solar) foi formada para introduzir a tecnologia no mercado, com a expectativa de disponibilizar comercialmente os módulos em 2006 (Green et al.,2004).

O silício é moldado formando “calhas” através de laser ou jateamento. Algumas microgramas de uma resina isolante é aplicada e moldada em dois estágios, utilizando-se um processo próprio de jateamento. Em um estágio produz-se a polaridade negativa e em outro a polaridade positiva. É depositado alumínio em toda a superfície posterior do dispositivo e moldado através de laser ou jateamento em finas tiras juntando a região n+ com a p+ das células adjacentes (Green et al.,2004).

Somente para os filmes finos, a qualidade da camada de silício é boa o suficiente para permitir a condução da corrente lateral. Isto significa que não é necessária uma camada adicional condutora, de óxido transparente (TCO), evitando o acréscimo de custos e problemas de durabilidade associados à esta camada.

A qualidade alta de captação de radiação solar dos dispositivos que utilizam a combinação do vidro texturizado com a superfície posterior refletora, permite o uso de uma camada extremamente fina de silício (cerca de 1.4µm de espessura). Tal espessura é menor que aquelas de outras tecnologias de filmes finos existentes (CdTe e CIS, comentadas adiante) (Green et al., 2004).

Uma vantagem da tecnologia CSG é que pode ser beneficiada pelo desenvolvimento de equipamentos dentro da grande indústria de microeletrônicos, uma vez que os mesmos equipamentos de última geração que são utilizados para produzir circuitos micro-processados podem ser utilizados para a produção de filmes finos, o que permite diminuição de custos de produção (Green et al.,2004).

Etapas de fabricação proposta para a produção de módulos CSG com 20-25MW/ano e 8-9% de eficiência, podem ser divididas nas seguintes etapas: preparação do vidro, preparação do silício, que inclui a deposição do silício, cristalização, reparo dos defeitos e passagem pelo hidrogênio (Green et al.,2004).

Custos de manufatura do dispositivo, não incluindo custos de marketing e venda, levando em consideração toda a capacidade de produção, resultam no custo valor de US$116/m2. A substituição das etapas de fabricação que utilizam o laser, pelo jateamento, possibilitam a redução do valor anteriormente citado. A tecnologia CSG possui o potencial para atingir a meta de US$1/watt de custo de manufatura, com um volume relativamente pequeno de produção, sem a necessidade de grandes investimentos em pesquisas científicas ou grandes investimentos nas fábricas (Green, et al.,2004).

O CSG também mostrou-se superior as outras tecnologias de filmes finos quanto ao aspecto durabilidade, já que não foram observados sinais de degradação, quando exposto a radiação UV equivalente a 25 anos. Enfim, esta tecnologia possui grandes atributos que a tornam uma opção promissora no mercado de filmes finos, a saber (Green, et al.,2004): (a) Mínima quantidade de matéria prima necessária, já que possui grande potencial de captação da radiação solar, e não necessita da camada de TCO. (b) Simplicidade e elegância dos processos de fabricação do dispositivo; (c) Custos do equipamento necessário para a deposição em queda a taxas de 21% ao ano; (d) Aumento rápido da eficiência atingida pelo módulo, cerca de 1% de aumento ao ano, o que torna possível atingir taxas de 12-13%; (e) Durabilidade excepcional. 4.3 SILÍCIO AMORFO

O alto grau de desordem na estrutura atômica é a principal característica que difere as células de silício amorfo daquelas com estrutura cristalina. O seu uso em fotocélulas torna-se vantajoso tanto nas propriedades elétricas como no processo de fabricação. Como ele apresenta uma capacidade de absorver a radiação solar na faixa do visível, e pode ser fabricado mediante a deposição de diversos tipos de substratos, é ideal o seu uso em sistemas fotovoltaicos de baixo custo, já que os processos de fabricação são simples, baratos e de baixo consumo energético. Outra vantagem é a possibilidade de serem produzidas células com grandes áreas (CRESESB, 2005).

No entanto, o silício amorfo apresenta duas desvantagens: a primeira é a baixa eficiência de conversão e a segunda é a degradação da célula nos primeiros meses de operação, reduzindo assim a sua eficiência ao longo da vida útil (CRESESB, 2005).

Células de silício amorfo geralmente são fabricadas através da deposição do a-Si em substrato de vidro, coberto com um óxido condutor transparente (TCO), conforme mostrado na figura 3.

Figura 3 - Células de a-si junção única e multipla-junção A máxima eficiência observada para células de 1cm2 de área, fabricadas através

do procedimento descrito anteriormente, foi de 12,5% para a simples junção, e 13,7% em dispositivos de junção múltipla. Para o aumento da eficiência a técnica de texturização da camada de TCO ou do substrato de vidro pode ser utilizada (Schock,1995).

A capacidade de conversão e estabilidade da célula depende da densidade de defeitos existentes na camada a-Si:H da estrutura. A minimização de tais defeitos é o foco das pesquisas atuais. Tais defeitos são causados por altos níveis de exposição luminosa ou através de corrente elétrica induzida. O mecanismo desta degradação baseia-se no fenômeno Staebler-Wronski (descrito no ano de 1977) (Schock,1995).

Uma forma de aumentar a estabilidade da camada a-Si:H da estrutura é o crescimento da concentração de cargas livres. Além disso, a otimização das interfaces da célula solar de silício amorfo, é uma tentativa de solucionar os defeitos existentes. Neste sentido, existem estudos feitos com a utilização do óxido de zinco (ZnO) como um TCO quimicamente estável ou como uma fina camada de proteção, de apenas alguns nanômetros de espessura (Schock,1995).

O objetivo das empresas de desenvolvimento tecnológico do a-Si é o aumento da eficiência de conversão a baixos custos (Schock,1995). Para tanto, a Alemanha vem investindo há anos em pesquisas. Atualmente, a empresa RWE-Schott Solar (divisão de Fototrônicos- PST), oferece uma série de produtos para suprimento elétrico, tais como: células solares de tamanho pequeno para produtos como relógios, calculadoras de bolso, lâmpadas, entre outros, e uma grande variedade de módulos para a utilização em construções (BIPV) (Diehl et al.,2004).

A fim de aumentar a eficiência dos módulos de silício amorfo, empresas alemãs como a IPV juntamente com a PST, estão investindo em projetos para o desenvolvimento

de um novo TCO como contato frontal do módulo a-Si, e especialmente a fabricação de um módulo contendo silício microcristalino (µ – Si), como principal material de absorção da radiação solar (Diehl et al.,2004). 4.4 TELURETO DE CÁDMIO (CdTe)

O CdTe é um material fotovoltaico muito próximo do ideal, a sua utilização em células solares de filmes finos é justificada não somente pelas suas propriedades ópticas e eletrônicas, mas também por causa da sua fácil deposição em filmes finos (Schock,1995). Além disso, possuem um potencial para a produção em larga escala, sendo o custo envolvido muito baixo e a quantia de matéria prima utilizada é pequena (Dias, et al., 2004).

As células de CdTe são do tipo heterojunção e utilizam o sulfeto de cádmio (CdS) como material tipo n da junção. A maior eficiência até hoje reportada é de 16,4% e foi obtida em laboratório, no NREL/USA, em 2001. Como o coeficiente de absorção ótica do CdTe é da ordem de 104 cm-1, espessuras da ordem de 1µm são suficientes para absorver a maior parte dos fótons incidentes. Isto torna possível um aumento da sua porcentagem de eficiência (Dias et al.,2004).

Existem diversos métodos de deposição utilizados em células solares de CdTe: sublimação em espaço reduzido (close-spaced sublimation - CSS), deposição química, spray, eletrodeposição e sintetização do filme impresso. Todos estes métodos vem sendo utilizados com sucesso. A deposição do CdS geralmente é feita através de banho químico. A técnica de bombardeamento e a sublimação em espaços próximos, são incluídas no processo de deposição do CdS (Schock,1995).

Sob condições de temperatura do substrato (450-600 oC), um material de alta qualidade pode ser depositado em altas taxas de velocidade, cerca de mais de 1 µm/min. Por causa da tolerância do material a defeitos e arestas, processos simples de deposição como a eletrodeposição e a impressão são possíveis, característica favorável à produção em larga escala. Altas taxas de eficiência e qualidade do material podem ser alcançadas utilizando-se a técnica CSS de deposição, que é uma técnica de evaporação modificada, onde o substrato e a matéria prima (CdTe) são colocados muito próximos um do outro com uma pequena diferença de temperatura relativa, fazendo com que o filme cresça próximo às condições de equilíbrio (Goetzberger,2002).

Processos de deposição em série, que utilizam a tecnologia descrita anteriormente, estão sendo desenvolvidos, podendo atender a demanda de grandes remessas do produto. Todas as companhias envolvidas no desenvolvimento do CdTe procuram aumentar a escala de produção e a sua potência em um futuro próximo (Goetzberger,2002).

A técnica CSS está sendo também utilizada no Brasil pelo Laboratório de Filmes Finos do Instituto Militar de Engenharia - IME, visando produzir filmes com propriedades adequadas para a fabricação de células solares. Seus experimentos baseiam-se no aumento das camadas componentes da célula, e no uso da evaporação térmica a vácuo como meio para facilitar o processamento do CdTe (Dias et al., 2004).

Na Alemanha, a companhia Antec Solar Energy GmbH, possui uma linha de produção com capacidade de 10MWp/ano. A técnica utilizada baseia-se no processo CSS, em que o CdTe é depositado em substratos de vidro de 1.2X0.6 m2. A estrutura típica da célula é a seguinte: sobre o vidro é colocado uma camada de TCO, seguido de uma camada do tipo n de CdS que é produzida por processo de banho químico; sobre

esta última encontra-se a camada do tipo p de CdTe e por fim é colocado um contato metálico. Este módulo possui uma eficiência de 7,1%. Pesquisa recentemente desenvolvida veio da Universidade de Darmstadt, onde o grupo do Dr. A. Klein estuda o comportamento dos materiais de interface da estrutura da célula solar de CdTe (Diehl, et.al., 2004).

Uma desvantagem do uso do CdTe é a toxicidade dos elementos Cd e Te, isoladamente. Apesar do composto ser considerado estável e não prejudicial ao meio ambiente, existem problemas de aceitação deste material pelo mercado consumidor (Goetzberger et al.,2002).

A estrutura da célula de CdTe é mostrada na figura 4.

Figura 4 - Estrutura da célula de CdTe.

4.5 CuIn(S,Se)2 – CIS

Os primeiros resultados do trabalho em CuInSe2 monocristalino (CIS) mostraram-se extremamente promissores, mas a complexidade do material pareceu inviável para ser utilizada na tecnologia de filmes finos. Entretanto, através de trabalhos desenvolvidos por Karmeski et al., evidenciou a flexibilidade do material quanto a tecnologia utilizada para o seu o processamento. Com o estabelecimento, posterior, da tecnologia de co-evaporação de Boeing, foi possível a utilização do CIS na corrida em busca do aumento da eficiência de células solares baseadas em filmes finos (Goetzberger et al.,2002).

Um importante fator que impulsionou as pesquisas da utilização do CIS na tecnologia fotovoltaica foi o seu potencial de produção em massa. Além dos aspectos de simplicidade da célula, robustez do processo e disponibilidade de equipamentos (Scheer et al.,2004).

Em 1977 foi descrita uma célula solar baseada em filme fino composto pela junção homogênea de CuInS2. Em 1986 foi registrada uma eficiência de cerca de 7,3% para células solares que apresentavam o cobre na composição do substrato. Scheer foi o primeiro a atingir uma eficiência de 10% (Goetzberger et al., 2002).

A companhia ARCO Solar desenvolveu, em meados dos anos 80, uma tecnologia de fabricação para processamento dos filmes finos denominada de bombardeio de filmes metálicos com uma etapa subseqüente de selenização. Um aumento da eficiência foi obtida através da adição de gálio (Ga) e S (enxofre) na composição do material (Goetzberger et al.,2002). Posteriormente um grupo da Universidade de Stuttgart alcançou a eficiência de 12.2%. A fim de aumentar a média de eficiência alcançada

mundialmente (cerca de 10%), a técnica de processamento térmico rápido (RTP) foi introduzido, reduzindo o tempo de solidificação de 1h para 3 min. Células produzidas através deste método atingiram eficiência de 11,4% (Klenk et al., 2004).

O instituto Hahn-Meitner (HMI) desenvolveu recentemente requisitos para a produção industrial, isto é, estrutura simples do dispositivo, processo rápido e reprodutível, bom entendimento das reações cinéticas, e métodos para controle dos processos com garantia da qualidade. Sendo assim, os procedimentos que utilizam o CuInS2 como material absorvente encaixam-se nestes requisitos industriais estabelecidos (Klenk et al.,2004).

A estrutura básica de um filme fino baseado em Cu(In,Ga)(Se,S)2 é caracterizada por apresentar poucas camadas, a saber: um contato de molibdênio na parte posterior, que é depositada por bombardeamento ou evaporação através de corrente elétrica; uma camada absorvente de Cu(In,Ga)(S,Se)2; e uma fina camada protetora de CdS ou Cd livre que é preparado em um banho químico. O eletrodo frontal é constituído de ZnO (Scheer et al.,2004).

A figura 5 mostra a estrutura da célula CIS.

Figura 5 - Estrutura da célula CIS

O pequeno número de componentes da célula CIS implica em poucas etapas

necessárias para a formação do módulo, sendo que apenas 11 etapas são suficientes. Esta quantia é pequena se comparada com as mais de 20 etapas necessárias para a fabricação da maioria dos módulos baseados em células de lâminas de silício (Scheer et al.,2004).

Em laboratório, alguns métodos utilizados para a deposição do CIS em dispositivos obtiveram a eficiência de 16%, a saber: co-evaporação dos elementos, selenização/sulfurização de Cu/In bombardeado ou evaporado em H2Se e difusão do Cu e Se em filmes precursores de (In,Ga)2Se3 (Schock,1995). Para a fabricação em larga escala, existem duas maneiras para a deposição da camada absorvente: (i) deposição das camadas precursoras e subseqüente tratamento ou solidificação em vapor de H2Se, (ii) através do processo de coevaporação, que proporciona maior flexibilidade na otimização do dispositivo. A velocidade da coevaporação em série pode ser de 5cm/min, o que significa que um módulo com 1 cm de comprimento pode ser depositado em 20min (Goetzberger et al.,2002).

Em escala de produção industrial foi feita a implementação de uma linha de produção piloto, com capacidade projetada para 1MWp/ano pela SULFURCEL. O sistema de deposição foi aplicado em módulos padrão com 120X60 cm2 de tamanho. O início da produção foi no verão do ano de 2004 (Klenk et al.,2004).

A porcentagem máxima de eficiência alcançada foi de 10.3% em uma célula de 6mm de espessura. Dados experimentais de um mini-modulo de 5x5 cm2, com 7 células de 6mm de espessura, apresentou também 10.3% de eficiência (Scheer et al.,2004).

A primeira companhia a apresentar condições para a produção dos módulos CIS em larga escala foi a Siemens Solar, que utiliza das seguintes etapas de fabricação, mostradas na figura 6.

Figura 6 - Etapas da fabricação de módulos a base de CIS

Como o material CIS possui amplas perspectivas para alcançar altas eficiências,

outras companhias investem no seu desenvolvimento. A SULFURCELL Solartechnik GmbH, por exemplo, está empenhada em provar que encapsular o módulo pode evitar a sua degradação química, e em aumentar os estudos dos efeitos de custo provocados por uma possível laminação industrial (Klenk et al.,2004). Atualmente a empresa procura aumentar a escala do substrato para 0.6X1.2 m2 de tamanho. Um pré-requisito para o sucesso desta tecnologia é atingir um custo de cerca de 1€/Wp. Um maior aumento da eficiência da célula irá contribuir significativamente para o alcance deste alvo de custo (Scheer et al.,2004). 4.6 CIGS : Cu(In,Ga)Se2

A fabricação do módulo de CIGS tem as mesmas vantagens que os processos de fabricação de outras tecnologias que envolvem os filmes finos. A estrutura típica é baseada em um substrato de vidro com hidróxido de sódio, que auxilia também na deposição do CIGS. Células solares típicas são depositadas em substratos de vidro, a uma temperatura de cerca de 500oC. A heterojunção é formada através da deposição química de uma fina camada de CdS (Goetzberger et al.,2002), e finalmente é depositado o contato frontal de TCO de Alumínio (Al) dopado por óxido de zinco (ZnO) (Diehl et al.,2004).

Características como potencial para atingir elevadas taxas de eficiência e o uso de pouca energia para a sua produção, justificam e impulsionam o crescimento das pesquisas neste setor. Os primeiros registros da eficiência deste material, atingidos pela NREL,

foram de 19,2%, alcançados através de células solares de filmes finos de 0,41 cm2 de área e um consumo de 11MJ/Wp de energia durante a sua produção (Delahoy et al.,2004).

As vantagens do CIGS com relação as demais tecnologias fotovoltaicas, são as seguintes: (i) design monolítico, (ii) baixo consumo de materiais tanto diretos como indiretos, (iii) poucas etapas necessárias para o seu processamento. Tais características resultam em baixos custos por watt e por kilowatt-hora de energia elétrica produzida (Dehaloy et al.,2004).

Para a compreensão do mecanismo de degradação da vida útil dos módulos de CIGS, foram feitos estudos envolvendo análises de perda de potência, quando submetidos ao calor úmido. Em módulos convencionais, a estabilidade pode ser aumentada mediante a otimização da largura da interconexão e das propriedades do contato frontal de ZnO-Al. Além disso, módulos na forma de malhas tiveram melhor desempenho de sua vida útil. Isso é explicado pela tolerância que esta forma apresenta à variações da resistividade do contato frontal, além do contato metal-metal P2, que é menos sensível à oxidação (Wennerberg et al.,2003).

Centros de pesquisas na Alemanha estão constantemente buscando aperfeiçoar a tecnologia de filmes finos. Em escala laboratorial, o CIGS encontra-se entre os líderes mundiais. Para introduzi-lo no mercado, muitas companhias recorrem às diversas tecnologias para a formação do material de absorção. Dentre elas está (i) evaporação em série, utilizada pelas Würth Solar GmbH, ZSW e pela Universidade de Stuttgart (IPE); (ii) processo RTP,utilizado pela Shell Solar GmbH; (iii) evaporação envolvendo plasma, utilizado pela Solarion GmbH e (iv) a deposição elétrica seguida pela técnica RTP,utilizada pela CIS Solartechnik GmbH (Diehl et al.,2004).

A única companhia alemã que produz módulos solares CIGS é a Würth Solar GmbH. Sua produção é de cerca de 100kWp/ano. O tamanho do módulo é 1.2X0.6 m2 e a eficiência é superior a 8%. A Shell Solar GmbH está desenvolvendo uma linha piloto de produção de módulos com 30X30 e 60X90 cm2 de tamanho, e eficiência superior a 11% (Diehl et al.,2004).

A ZSW e a HMI estão investindo na pesquisa de materiais que possam ser depositados através de técnicas à vácuo, para serem colocadas no lugar da camada protetora de CdS. Esta medida permite que se mantenha o vácuo durante todo o processamento de deposição da célula solar, além de substituir o cádmio que é um material poluente. Os módulos baseados no CIGS estão sendo cada vez mais aperfeiçoados e significam um incentivo para o aumento das inovações tecnológicas e diminuição dos custos de mercado dos dispositivos fotovoltaicos (Diehl et al.,2004). A figura 7 corresponde ao esquema da estrutura da célula de CIGS:

Figura 7- Estrutura da célula de CIGS

5.0 CATEGORIAS DOS SISTEMAS FOTOVOLTÁICOS Existem três categorias de sistemas fotovoltaicos: (i) sistema isolado, (ii) sistema

híbrido e (iii) sistema conectado à rede. Todos estes sistemas devem apresentar um dispositivo de controle de potência e um de armazenamento (CRESESB,2005).

Estes sistemas são discutidos a seguir. 5.1 SISTEMAS ISOLADOS Os sistemas isolados são aqueles em que a energia fotovoltaica é fornecida diretamente a um equipamento específico ou a um conjunto de equipamentos, isolados da rede elétrica convencional. Este tipo de sistema é muito utilizado no meio rural.

Nos casos em que o uso da energia é feito por aparelhos elétricos, a forma de armazenamento adotada é a bateria, já em sistemas de abastecimento de água a função de armazenar a energia necessária para o bombeamento, cabe ao tanque. Existem também aqueles sistemas que não necessitam de dispositivos de armazenamento, que é o caso da irrigação, onde a água bombeada é diretamente utilizada (CRESESB,2005).

Para que a bateria não sofra danos, ocasionados pela sobrecarga ou descarga profunda, é utilizado um dispositivo eletrônico que controla a carga e a descarga das baterias instaladas em sistemas pequenos, em baixa tensão e corrente contínua (CC) (CRESESB, 2005).

Quando se deseja alimentar equipamentos que necessitam de corrente alternada (CA), como eletrodomésticos convencionais, é necessário a utilização de um inversor (CRESESB, 2005). 5.2 SISTEMAS HÍBRIDOS

São aqueles desconectados da rede convencional, mas que apresentam várias fontes de geração de energia interligados: turbinas eólicas, geração diesel, módulos fotovoltaicos, entre outros. Em geral, são empregados em sistemas de médio e grande porte, atendendo uma demanda maior. Como a energia fotovoltaica é gerada na maioria das vezes em corrente contínua, este sistema deve possuir, além do dispositivo controlador de cargas, um inversor CC-CA (CRESESB, 2005). 5.3 SISTEMAS INTERLIGADOS À REDE

São compostos por um conjunto de painéis fotovoltaicos, mas não apresentam dispositivo de armazenamento de energia, porque toda a energia elétrica por ele gerada é entregue diretamente à rede conectada. Este arranjo serve como uma fonte energética complementar à rede principal de energia e, para que haja segurança da rede, ou seja, para que ela não venha a sofrer danos, os inversores são indispensáveis neste sistema (CRESESB, 2005).

Uma das desvantagens do uso de células solares é a sua incapacidade de gerar energia durante a noite, além de ser influenciada pelas variações climáticas. Para a solução destes problemas, uma rede global de energia equipada com células solares e malhas internacionais supercondutoras (GENESIS) poderia ser instalada. Ela consistiria num sistema mundial de geração de energia conectado a cabos supercondutores, fazendo com que as áreas onde a radiação solar está incidindo possam prover energia aquelas em que é noite ou existe a presença de nuvens e chuvas (Ohnishi et al.,1995).

5.4 DISPOSITIVOS QUE FAZEM PARTE DO SISTEMA FOTOVOLTAICO 5.4.1 Bateria

Na maioria dos sistemas, a forma utilizada para estocar a energia captada é uma bateria do tipo chumbo-ácido (LAB), na maioria das vezes por causa de seu baixo custo e viabilidade local. A bateria é considerada “ponto fraco” do sistema fotovoltaico, em termos de custo, tempo de vida-útil e confiabilidade, por necessitar ser substituída e representar a metade do custo total do sistema fotovoltaico (Potteau et al.,2003).

Cada tipo de sistema fotovoltaico utiliza um tipo de bateria adequada. Em sistemas residenciais, tipicamente com módulos de 50Wp e bateria de 70Ah, é geralmente utilizada a bateria solar de placa plana. Em sistemas domésticos auto-suficientes, e em sistemas profissionais (telecomunicação), baterias tubulares são utilizadas (Potteau et al., 2003).

Estudos comprovaram que as baterias tubulares possuem o maior tempo de vida–útil médio, se comparado aos demais tipos existentes no mercado, como as baterias solar e as baterias de arranque (Potteau et al.,2003). 5.4.2 Módulo de Conversores Integrados (MIC)

Os sistemas fotovoltaicos interligados à rede possuem um diferencial na maneira como é feita a transferência de energia, uma vez que não é necessário o estoque da energia por dispositivos, como as baterias. A combinação do módulo de conversores integrados e o módulo solar, geralmente chamado de “Módulo solar AC”, permite a conexão direta do módulo solar com a rede através da conversão da voltagem CC para uma voltagem de 230 V AC. Algumas vantagens do sistema MIC são: (i) aumento da energia produzida em sistemas que sofrem perdas durante a redistribuição energética, (ii) redução do perigo da descarga elétrica que surge ao substituir a instalação CC pela instalação AC, (iii)instalação mais simples e barata do sistema fotovoltaico, (iv)ideal para o consumidor final, já que é de fácil instalação , ( v) não necessita de mão-de-obra especializada para instalação dos fios elétricos de CC (Meinhardt et al.,1999).

Este sistema proporciona redução nos custos de instalação do sistema fotovoltaico, já que impede que existam perdas de voltagem, e aumenta a quantidade de energia disponível a rede (Meinhardt et al.,1999).

As desvantagens deste sistema são: (i) como os inversores de corrente são instalados diretamente na parte posterior dos módulos fotovoltaicos, eles devem operar em um ambiente termicamente resistente, já que o calor provoca a redução do tempo de vida-útil dos componentes, (ii) inversores menores são menos eficientes, o que diminui parte do saldo de eficiência ganha pelo sistema, ao eliminar as perdas (Islam et al.,2005). 6.0 MERCADO ATUAL

O mercado fotovoltaico mundial em 2000 era de 277 MW, o que correspondia a um movimento financeiro em valor superior a US$ 1 bilhão. Já em 2002 esta demanda aumentou para 427MW (Spanggaard,2004).

Apesar do crescimento das últimas décadas ter sido a taxas de 15 a 25% ao ano, este mercado ainda está longe de apresentar uma notável contribuição para o consumo

energético mundial, já que a demanda atual é insuficiente para o alcance dos objetivos de escala de produção da indústria de fotovoltaicos. A figura 8 mostra o crescimento do mercado mundial de painéis fotovoltaicos.

Figura 8 - Desenvolvimento mundial do market share fotovoltaico das últimas décadas em megawatts por ano.

Dois grandes setores dividem o mercado, são eles: sistemas conectados à uma

rede existente, e sistemas auto sustentáveis. O primeiro envia potência diretamente para a rede elétrica, sendo que através de um inversor de corrente, transforma-se a corrente contínua (cc) captada pelos módulos solares em corrente alternada (ac). O segundo gera potência para sistemas descentralizados e de baixo consumo energético, em geral em corrente contínua (cc). Neste último setor, um grande mercado em desenvolvimento é o de sistemas solares para suprir a demanda básica de eletricidade da população rural (Goetzberger et al., 2002).

Atualmente, os dois setores do mercado necessitam de subsídios, já que no primeiro caso o custo para a instalação da rede fotovoltaica deve ser menor que o da rede elétrica comum, e no segundo caso os sistemas solares rurais devem ser acessíveis aos usuários em potencial, o que implica na necessidade da redução dos custos de venda destes produtos (Goetzberger et al.,2002).

Entretanto, do ponto de vista estratégico dos investimentos em energia, grandes companhias de petróleo investem firmemente no setor de fotovoltaicos, já que estudos recentes feitos por diversas empresas, como a companhia SHELL, apontam como futuro cenário energético (até o ano de 2060) a utilização de fontes renováveis como principal meio para obter energia elétrica, incluindo-se neste caso a tecnologia fotovoltaica (Goetzberger et al.,2002).

Além disso, alguns países estão tomando medidas agressivas para estimular o mercado de sistemas de redes fotovoltaicas conectadas. No Japão, em 1999, houve um crescimento de 63% neste tipo de suprimento. Na Alemanha existe uma lei que estabelece taxas de redução (0,5 euro/KWh) nas contas de luz a cada KWh produzido por sistemas fotovoltaicos de captação energética (Goetzberger et al.,2002). Apesar dos incentivos existentes, os semicondutores fotovoltaicos ainda representam menos que 0,1% do total de energia produzida mundialmente (Spanggaard,2004).

Atualmente, 87,6% dos painéis fotovoltaicos são fabricados com cristais de Silício, sendo que a porcentagem restante está distribuída entre os demais elementos utilizados, tais como o CdTe. Na fabricação de filmes finos, o silício em sua forma amorfa é o material predominante (Goetzberger et al.,2002).

Tendo em vista a enorme quantia de Silício disponível para ser utilizado como matéria-prima de células solares, a sua alta eficiência de conversão energética, a ausência de grande impacto ecológico e a baixa degradação do silício em sua forma cristalina (Goetzberger et al.,2002), além da drástica redução dos custos dos dispositivos baseados no silício decorrentes de 50 anos de pesquisas e inovações, este material domina o mercado fotovoltaico atual e continuará dominando em um futuro imediato (Spanggaard,2004).

Dentro do mercado produtor, a fatia que cabe a produção de filmes finos é de 12% do total. Muitas empresas do ramo investem na tecnologia cristalina por causa de problemas, anteriormente comentados, com os filmes finos do tipo a-Si (silício amorfo) causado por altas taxas de falhas ocasionadas pela degradação de sua eficiência. Módulos estáveis de a-Si atingem a eficiência de 6-7%. O mercado da tecnologia a-Si teve um crescimento de 25% em 2001, mas o mercado europeu de dispositivos fotovoltaicos em geral, teve em 2002 um crescimento de 42%. Por causa deste crescimento elevado do setor, a porcentagem equivalente ao a-Si no mercado mundial caiu de 9.6% (em 2000) para 6.4% (em 2002). A única tecnologia de filme fino que aumentou o seu market share de 0.5% para 0.7% foi a que utiliza CdTe como matéria prima. Apesar de algumas companhias deste setor enfrentarem dificuldades ou insucesso com as vendas dos filmes finos, tal como a BP-Solar que fechou todas as suas atividades que envolviam filmes finos (a-Si e CdTe), e a Matshushita ter tido problemas com a sua produção piloto de filmes finos de CdTe, as previsões para o futuro do mercado de filmes finos fotovoltaicos é de um contínuo crescimento (Diehl etal.,2004).

A figura 9 apresenta o ‘market share’ dos dispositivos fotovoltaicos.

Figura 9 – ‘Market share’ dos materiais utilizados nos dispositivos fotovoltaicos 6.1 MERCADO ALEMÃO

Sendo a Alemanha uma das pioneiras nas pesquisas envolvendo os filmes finos fotovoltaicos, o país vem investindo fortemente no incentivo do uso da energia solar como fonte de energia elétrica (Diehl, 2004).

O mercado alemão é patrocinado pelo “Erneuerbare Energie Gesetz (EEG)”, o que garante uma tarifa de ajuda de custos durante 20 anos para a produção de eletricidade através da energia solar, com uma redução dos custos de produção da energia a uma taxa de 5% ao ano, proporcionando a redução dos custos de venda (Diehl, 2004).

Hoje existem duas empresas que possuem uma linha de produção de filmes finos: a RWE-Schott Solar (departamento de Fototrônicos), com capacidade de produção de 3MWp atingida em 2002; e a Antec Solar Energy GmbH que produz módulos de CdTe com eficiência de 6-7% e máxima capacidade de produção de 10MWp/ano (Diehl, 2004).

Outra companhia que investe neste ramo é a Würth Solar GmbH que produz módulos de Cu(In,Ga)Se2 com 8% de eficiência e aproximadamente 1 MWp em 2003. Existem também outras formas de tecnologia fotovoltaica, sendo desenvolvidas em empresas como: Shell Solar, Sulfurcell Solartechnik GmbH, Solarion GmbH e a CIS-Solartechnik GmbH (Diehl, 2004).

Os centros de pesquisas da Alemanha estão investindo fortemente nas tecnologias de filmes finos fotovoltaicos, trabalhando em todos os tipos de tecnologia existentes e evoluindo rapidamente. Em escala laboratorial, a tecnologia CIGS mostrou-se líder mundial podendo, num futuro próximo, superar o market-share alcançado pela tecnologia a-Si, líder atual do mercado de filmes finos naquele país (Diehl,2004). A figura 9 mostra uma previsão do ‘market-share’ para os próximos 20 anos. Figura 10 – ‘Market-share’ estimado para as diversas tecnologias solares para os próximos 20 anos.

6.2 MERCADO NORTE-AMERICANO A aplicação de sistemas de captação de energia solar em coberturas residenciais

tem se mostrado um mercado promissor para a indústria norte americana de

fotovoltaicos. Mas isto desde que o custo de cada módulo seja comercializado ao preço da ordem de $2/Wp. A companhia de análise de suprimentos americana afirma que caso a produção de módulo de filmes finos aumente para 100MWp/ano, o nível de preço proposto acima poderá ser tranqüilamente atingido (Duke, 2004).

De acordo com as pesquisas de demanda, as facilidades da manufatura dos filmes finos, juntamente com o crescente incentivo das construtoras para a aquisição de residências com o sistema fotovoltaico, provocou uma queda dos custos para $1.5/Wp (Duke, 2004).

Apesar de ser grande o potencial deste mercado, ele ainda apresenta algumas falhas tais como: ineficiência na determinação da quantia de energia utilizada e o custo correspondente; desperdícios na linha de produção e a necessidade de se utilizar o método “fazer para aprender”, como meio de buscar o desenvolvimento e aprimoramento dos meios de produção (Duke, 2004).

Segundo Duke (2004) o governo norte-americano poderia dar um suporte para o mercado fotovoltaico através de dois tipos de mecanismos: (i) fazer a implementação maior e mais consistente do método de “medição em rede” para o cálculo dos custos da energia obtida pelo sistema fotovoltaico; (ii)aumentar o investimento em subsídios. A forma de medição em rede deveria ser implementada na legislação federal, dando preferência à implementação individual de programas de incentivo ao sistema fotovoltaico, em cada Estado. 6.3 MERCADO CANADENSE

O Canadá, sem dúvida, possui um mercado de eletricidade significante, já que é o 5o no ranking mundial em potência de energia gerada e o 6o maior consumidor de energia elétrica do mundo (2001). No fim do ano de 2002 as instalações fotovoltaicas canadenses atingiram a capacidade de 9997KW de potência convertida, o que lhe conferiu o 10o lugar dentre os 20 países inscritos na Agência Internacional de Energia (International Energy Agency). Isto significa que a energia solar convertida per capita é de 0.32W (Rowlands,2004).

Existem regiões no Canadá que recebem radiação solar, medida em superfície horizontal, superior a 15MJ/m2 por dia. Áreas extensas como a região urbana do Canadá recebe mais de 12MJ/m2 de radiação solar diária (Rowlands,2004).

Com essas condições, foi possível elaborar um estudo da relação que há entre a quantidade de radiação solar disponível, os picos de demanda do sistema e os picos de custos para a produção de energia elétrica. Os resultados permitiriam avaliar o verdadeiro custo da energia solar, comparando o seu valor com a forma convencional de obtenção de energia elétrica. Para tanto, foram feitas observações em duas províncias do Canadá, Ontário e Alberta, entre o período de 1 de maio de 2002 à 30 de abril de 2004, visando analisar e relacionar valores de pico de demanda do sistema e pico de radiação solar assim como pico de custos do sistema de conversão e pico de radiação solar (Rowlands,2004).

As conclusões do estudo, nas duas províncias, foram que o sistema fotovoltaico apresentou um potencial máximo de conversão durante o período de máxima demanda do sistema e de máximo custo de conversão energética. De acordo com a afirmação Perez et al., citada por Rowlands (2004), baseado em um estudo semelhante feito nos Estados Unidos:

“Nós obtivemos evidências que os fotovoltaicos são parte da solução para suprir picos de demanda, evitar riscos de blackouts e enfrentar situações de emergência.”

É o argumento similar de Letendre e seus colegas, ao descobrirem que o sistema fotovoltaico responde mais rápido a situações em que o custo para a conversão energética atinge o seu pico (Rowlands,2004).:

“A utilização em massa dos sistemas fotovoltaicos, pode efetivamente servir como uma proteção contra os altos preços de venda do mercado energético”.

Eles também sustentam a idéia de que as regras de medição em rede (net metering) da energia solar captada pelo sistema fotovoltaico, pode favorecer os provedores, tendo uma compensação maior do que simplesmente ‘isentando-os dos custos’. O estudo realizado no Canadá é uma forma de divulgar a tecnologia fotovoltaica às grandes empresas mundiais deste setor, que estão se reestruturando e podem participar das discussões a respeito da viabilidade econômica do sistema fotovoltaico, conhecendo as análise dos custos e benefícios e com isso tornar mundialmente efetiva a introdução da tecnologia fotovoltaica no mercado consumidor (Rowlands,2004).

7.0 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS INSTALADOS NO BRASIL

Os projetos governamentais e privados, no Brasil, englobam a utilização da energia solar de diversas formas, como: eletrificação rural, bombeamento de água, sistemas híbridos e em telefonia pública. A seguir descreve-se alguns projetos já implementados (CRESESB, 2005). (a) Sistema de bombeamento para irrigação: instalado no município de Capim Grosso, é formado por 16 painéis M55 da Siemens e uma bomba centrífuga de superfície Mc Donald de 1 HP DC. Fica a 15 m da margem do açude, quando em época de cheia, e bombeia uma vazão de 12m3 a distância de 350m. Foi implantado pela NREL/CEPEL/COELBA, com a participação da Coordenação de Irrigação da Secretaria de Agricultura e Irrigação do estado da Bahia e da Associação de Moradores do Rio do Peixe (CRESESB, 2005). (b) Sistema de Eletrificação Residencial: é um projeto que faz parte do Programa LUZ DO SOL e do acordo NREL/CEPEL/COELCE. Foi instalado em várias localidades do interior do Ceará, juntamente com sistemas de iluminação pública, residencial e escolar. Este projeto teve início em 1992 e atende 14 vilas do Ceará, beneficiando 492 residências num total de 30,74kWp de potência solar instalados. O sistema é composto por: 1 módulo M55 da Siemens (53 Wp), 1 bateria Delco 2000(105Ah/12V), 20W em lâmpadas fluorescentes, saída de 12V para alimentação de aparelhos eletrodomésticos e caixa para proteção da bateria e do controlador de carga (CRESESB, 2005). (c) Sistema Híbrido (Solar-Eólico-Diesel): instalado na comunidade de Joanes, no Pará, é o primeiro sistema híbrido implantado no Brasil, conta com equipamentos doados pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE), o acompanhamento técnico do Laboratório Americano de Energias Renováveis (NREL) e o CEPEL. Além da colaboração da Companhia Elétrica do Pará (CELPA), para manutenção e operação do sistema (CRESESB, 2005). A figura 11 mostra as características do sistema.

(d) Sistema fotovoltaico em parques ecológicos: em 28 de janeiro de 1995, foi inaugurado o sistema gerador fotovoltaico do Posto Avançado do Parque Ecológico Porto do Sauípe – Bahia. É composto por 1 painel Solarex de 1,4kWp (constituído por 18 módulos), que fornece uma corrente contínua para um banco de baterias (9 baterias Delco de 150Ah) que, através de um inversor (1500W) alimenta em 110VAC luminárias, equipamentos de informática e sistemas de áudio e vídeo do Posto (CRESESB, 2005).

Figura 11 - Características do sistema híbrido da comunidade de Joanes-PA. 8.0 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS EM EDIFICAÇÕES

A utilização da tecnologia fotovoltaica nas edificações vem cada vez mais aumentando, resultado de investimentos governamentais e privados, em busca de uma forma de tornar mais sustentável a construção civil. Inovações tecnológicas neste setor estão surgindo mundialmente, e estão sendo empregadas de diversas formas, desde células fotovoltaicas em fachadas, paredes e cobertura, janelas e telhas com características fotovoltaicas, emprego em ar condicionados e até como principal fonte de energia elétrica em construções públicas, como hospitais (Ohnishi et al.,1995).

Buscando atingir uma maior eficiência do sistema fotovoltaico, e a sua perfeita harmonia com os elementos e materiais construtivos, o desenvolvimento de pesquisas arquitetônicas, além do aperfeiçoamento dos meios para acoplar esta tecnologia à edificação, estão sendo mundialmente difundidas e estimuladas.

Uma inovação arquitetônica muito interessante foi desenvolvida para a melhor utilização da energia solar captada. Ela é composta pelas seguintes partes (Ciamberlini et al.,2001):

(a) diversos painéis móveis, em cada qual estão incorporados 4 coletores ópticos, sendo cada um destes coletores conectados a uma fibra óptica. As fibras são agrupadas em um único feixe que é acoplado à parte inferior do painel; (b) Um sistema detector de radiação solar que permitem o ajuste dos painéis coletores mantendo-os perpendiculares à direção do sol, durante todo o dia; (c) Fios de fibra óptica com baixas perdas e numerosas aberturas para a transmissão da luz solar da saída do concentrador óptico, até dispositivos denominados por relés ópticos. (d) O relé óptico é ajustado para utilizar 100% da energia solar captada.

(e) Aplicativos finais são desenhados de acordo com a função requerida. O tamanho da fibra óptica, mesmo coberta por uma camada de proteção, possui

dimensões que permitem serem inseridas em cabos de TV, que conecta a cobertura da casa até praticamente todos os pisos da construção. A mínima dimensão do painel coletor é de 140X140 mm2, que pode ser colocado na cobertura sem interferir na estética do edifício. As fibras possuem em suas extremidades conectores, e como são livres de camada de proteção, elas são colocadas em um tubo preto de PTFE para aumentar a sua resistência. O relé é constituído por um espelho montado em um eixo de rotação para redirecionar a luz da saída da fibra de vidro para os diferentes tipos de usuários. O seu tamanho é de 50mm, podendo ser programado para numerosas posições pré-determinadas, ele possui a principal função de redirecionar a luz solar captada (Ciamberlini et al.,2001).

A instalação deste sistema foi feita em uma residência do centro de Florença. A casa possui uma escadaria sem iluminação natural e janelas. Esta situação permitiu que a eficiência do sistema fosse testada, através da capacidade de iluminação natural da escadaria durante o dia. Além disso, se acoplado a um painel de células fotovoltaicas e uma bateria, o sistema poderia acumular a energia solar excedente e utilizá-la para iluminação noturna (Ciamberlini et al.,2001).

Os painéis solares foram instalados na cobertura da casa, por causa da condição estrutural e arquitetônica. Como resultado, pode-se observar vantagens econômicas com relação à iluminação natural. As duas posições dos relés ópticos permitiram o uso de 100% da energia solar captada, que são as seguintes: (i) correspondente a deflexão da luz solar coletada pelo sistema fotovoltaico para carregar o armazenador de energia elétrica. Esta posição era ajustada quando as luzes da escadaria estavam apagadas, (ii) correspondente a deflexão da luz solar coletada diretamente para a escadaria. Posição acionada quando as luzes da escadaria estavam acesas, o relé podia ser mudado de posição através de um interruptor colocado na escadaria (Ciamberlini et al.,2001).

As instalações da fibra óptica e do difusor de luz nas plataformas da escadaria foram de fácil execução. Além disso, a eficiência total do sistema ficou entre 68% e 72%. O uso deste sistema de painéis solares provavelmente será freqüente, visto que o seu pequeno tamanho permite que seja instalado em coberturas, jardins, no parapeito de janelas e outros locais que estejam expostos à radiação solar (Ciamberlini et al.,2001). 8.1 Japão:

No Japão um novo tipo de célula solar foi recentemente desenvolvido. Consiste em uma célula solar translúcida que permite enxergar através dela. Possui vários orifícios microscópicos uniformemente distribuídos em um módulo de célula solar do tipo a-Si. Permite a passagem da luz incidente, sendo própria para o uso em janelas residenciais e em carros que possuem teto solar. O emprego das células solares em sistemas de ar condicionado, também é muito comum no Japão, já que possui a vantagem de instalação em varandas e coberturas (necessita de 5m2 para a instalação), além de evitar picos de consumo energético no verão (Ohnishi et al.,1995).

8.2 México: Foram desenvolvidos três tipos de técnicas de tratamento para vidros, utilizados

na confecção de janelas “inteligentes”. Este tipo de janela permite a transmissão de metade da energia térmica incidente, reduzindo o calor presente no interior dos edifícios. No inverno, o mesmo tipo de janela é capaz de impedir metade da perda de calor, proporcionando conforto térmico no interior da edificação (Correa et al.,2003).

Para que estas janelas possam reduzir o consumo energético, o material de que são feitas deve ser capaz de reduzir a radiação transmitida, enquanto mantém a transmissão alta da radiação visível. Uma forma de tratamento do vidro utilizado é através da utilização de filmes de Cu2O, que possui uma cor amarelada e alta transmitância luminosa. A espessura utilizada é 100nm do filme. Cerca de 40-50% da radiação infra-vermelho é bloqueada, enquanto que 75-60% da radiação visível é transmitida. Um filtro solar de cobre mais efetivo é aquele composto por Cu2O-CuS, a camada de CuS (possui coloração cinza –amarelada) adicionada, é opaca à radiação infra-vermelho. A espessura final do filme está entre 100 e 180 nm, e a capacidade de transmitância da radiação infra-vermelho cai para menos de 30% (Correa et al.,2003).

Estimativas de potencial energético economizado pelo uso destas janelas foram calculados pelo software Energy-10. A simulação feita pelo programa, consistia em um apartamento de 70m2, com 5 moradores, cobertura, blocos e paredes de concreto, laje nos pisos e orientação norte-sul. Possuía 4 janelas de 2m2 cada, que eram alocadas nas fachadas norte e sul. O vidro das janelas possuía 4 mm de espessura e uma cobertura de filme de Cu2O +CuS (possui menor transmitância). Os resultados da simulação foram positivos, demonstrando uma economia energética de 32% (Correa et al.,2003). 8.3 Barbados – Caribe

A fim de incentivar arquitetos e engenheiros a utilizarem instalações fotovoltaicas nas construções, foram feitos cálculos da quantidade de radiação solar incidente nas 4 fachadas de um edifício, para obter o total de energia disponível para o sistema fotovoltaico de conversão energética (Moseley et al.,1998).

Em Barbados, o uso da energia solar para fins de aquecimento de água vem sendo utilizado desde 1997. Além disso, a Companhia de luz e energia de Barbados (BL&P), possui planos para conectar o sistema fotovoltaico à rede de energia convencional (Moseley et al.,1998).

Um grande projeto de um edifício do governo está sendo desenvolvido com o uso do vidro estrutural em todas as suas paredes, para satisfazer os objetivos estéticos, e maximizar o uso da iluminação natural, painéis fotovoltaicos que estruturalmente são similares ao vidro, possuem os mesmos custos e são feitos pelo mesmo fabricante (Pilkington Solar da Alemanha), poderão ser utilizados no lugar do vidro. (Moseley et al.,1998).

Os resultados mostram que o total de energia coletada por m2 pelas 4 faces verticais do edifício, é comparável com a quantia captada por uma superfície horizontal. Considerando que a área vertical disponível no edifício é muito maior que a área horizontal da cobertura do mesmo, faz sentido utilizar módulos fotovoltaicos em substituição aos vidros da fachada (Moseley et al.,1998)

8.4 Itália O parlamento europeu aprovou a diretiva em eficiência energética de edifícios

públicos, que visa controlar e reduzir o consumo energético em 22% até o ano de 2010. Com esta medida, as construções públicas deverão ser adaptadas com sistemas fotovoltaicos de captação energética. Para comprovar a eficiência destas atualizações o hospital de Lagosanto, próximo a cidade de Ferrara, na Itália, foi equipado com um sistema híbrido de captação energética, onde módulos solares de 13,124 m2 e 4815m2 de área, e 12% de eficiência, foram utilizados. Os resultados obtidos comprovaram a redução da emissão de poluentes, assim como uma significante redução de consumo energético da rede convencional (Bizzarri et al.,2005). 8.5 Reino Unido

O monitoramento de dois tipos de instalações fotovoltaicas foi feito para que posteriormente comparações quanto a sua eficiência e desenvoltura em edifícios reais pudessem ser demonstradas aos alunos da Universidade de Nottingham, no Reino Unido (Omer et al.,2002).

Para tanto, foram instalados sistemas fotovoltaicos no Centro de Energia Renovável (CRE) e na casa Eco-Energy. O primeiro foi instalado na fachada da construção, sendo composto por 3 células de a-Si encapsuladas da Solapak, com área de 19.9 m2 e com um ângulo de 30o voltado para a face sudeste, inversor do tipo SWR1110 e pico de 952 Wp de potência. O segundo foi instalado na cobertura por meio de telhas fotovoltaicas, colocadas na face sul, sendo que neste caso foi utilizado o silício monocristalino; utilizou-se também um inversor e uma potência de pico de 1568 Wp (Omer et al.,2002).

Os resultados do monitoramento nos dois casos apresentaram uma deficiência do sistema fotovoltaico, ocasionado por uma série de problemas, além de dificuldades nos diferentes estágios de projeto, instalação, e operação do sistema. Isso reforçou o fato de que a inclusão do sistema fotovoltaico ainda no projeto em planta do edifício, torna o funcionamento muito mais adequado e eficiente comparado com aqueles adaptados e instalados após a obra ter sido concluída. A importância da escolha adequada do tamanho do inversor foi enfatizada através da pesquisa, além do fenômeno de degradação dos módulos a base de silício amorfo. Outro fato que pode ocasionar a perda da eficiência dos módulos é o fato de que as edificações na vizinhança causam o sombreamento das placas (Omer et al.,2002).

Os sistemas fotovoltaicos para edificações ainda apresentam problemas e imaturidade industrial. Mas a sua ascensão no mercado comercial pode ser conquistada através do aperfeiçoamento dos dispositivos, assim como o devido treinamento da mão de obra de instalação e fabricação de tais sistemas. O planejamento prévio, incluindo o sistema no edifício ainda em planta, também é uma forma de conquistar elevados níveis de eficiência energética (Omer et al.,2002).

10.0 REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS BATTISTI, R. et al.Evaluation of tevhnical improvements of photovoltaic systems through life cycle assessment methodology – Energy, vol.30,2005. BIZZARI, G. et al.New technologies for an effective energy retrofit of hospitals - Applied Thermal Engineering, vol.26, 2005. BRABEC, C. et al.Recent developments im conjugated polymer based plastic solar cells – Monatshefte für Chemie, vol.132, 2001. CIAMBERLINI, C. et al.Solar system for exploitation of the whole collected energy – Optics and Laser in Engineering, vol.39, 2003. CHAPIN,D.M. et al.J.Appl.Phys. 25, vol.676, 1954. CHOKMAVIROJ, S. et al.Performance of a 500kWp grid connected Photovoltaic system at Mae Hong Son Province, Thailand – Renewable Energy, vol.31, 2005. CORREA, G. et al.Copper based thin films to improve glazing for energy-savings in buildings – Solar Energy, vol.76, 2004. CRESESB – In internet site www.cresesb.com.br – Energia Solar – princípios e aplicações, 2005. DEHALOY,A. et al.New tchnologies for CIGS photovoltaics – Solar Energy, vol. 77, 2004. DIAS,C. et al.Processamento de filmes finos fotovoltaicos de CdTe para aplicação em células solares: microestruturas e propriedades de absorção- Revista Brasileira de Aplicações de Vácuo, vol.23, 2004. DIEHL, W. et al.Thin film solar cell technology in Germany – Surface & Coatings Techn., vol.193, 2005. DUKE, R.et.al.Accelerating residential PV expansion:demand analysis for competitive electricity markets. Energy Policy, vol.33,2005. GHONEIM,A. Design optimization of photovoltaic powered water pumping Systems – Energy Conversion & Management, vol.XXX,2005. GOETZBERGER,A. et al.Photovoltaic materials,history,status and outlook – Materials Science and Engineering, vol. 40,2003. GREEN, M. et al. Crystalline silicon on glass (CSG) thin film solar cell modules – Solar Energy,v.77,2004. G.R.E.F, Física, vol.3, EDUSP, S.P., 2000. IBRIK, I. et al.Energy efficiency improvement procedures and audit results of electrical, thermal and solar applications in Palestine – Energy Policy, vol.33, 2005. ISLAM,S. et al.Cost effective second generation AC-modules. Energy, 2005. KLENK,R. et al. Solar cells based on CuInS2 – an overview – Thin Solid Films, vol.XX, 2004. KREBS, F. et al. Lifetimes of organic photovoltaics: photochemistry, atmosphere effects and barrier layers in ITO – MEHPPV: PCBM-aluminium devices – Solar Energy Materials & Solar Cells, vol.86, 2005. MEINHARDT,M. et al. Impact of power electronics packaging on the reliability of grid connected photovoltaic converters for outdoor applications – Microelectronics Reliability, vol.39, 1999. MOSELEY, L. et al. Medium scale photovoltaic application for Barbados – Renewable Energy, v. 17,1999. OHNISHI, M. et al. Advanced Photovoltaic Technologies and Residencial Application – Renewable Energy, vol. 6, 1995. OMER, S. et al. Monitoring results of two examples of building integrated PV(BIPV) systems in the UK – Renewable Energy, vol. 28, 2003. PALZ,W. Energia Solar e Fontes Alternativas- Hemus Livraria Editora Limitada,1981. PAPINEAU, M.An economic perspective on experience curves and dynamic Economies in renewable energy technologies – Energy Policy,vol.34, 2005. PEHNT, M. Dynamic life cycle assessment (LCA) of renewable energy technologies – Renewable Energy, vol.31, 2005. PERLIN, J. The Silent Revolution Continues – Journal of Science Education And Technologie, v.10, 2001. PERLIN,J. et al. Energia del Sol – Un Hilo Dorado , 2500 Años de Arquitectura y Technologia Solar.Ed Hermann Blume, Livraria Nobel,S.P., 1985, (paginas 2-110). POTTEAU, E. et al. Results and comparison of seven accelerated cycling test procedures for the photovoltaic application – Journal of Power Sources, vol.113, 2003. ROWLANDS, I. Solar PV electricity and market characteristics: two Canadian case studies – Renewable Energy, vol.30, 2005. SCHEER, R. et al. CuInS2 based thin film photovoltaics – Solar Energy, vol. 77, 2004. SCHOCK, H. Thin film photovoltaics – Applied Surface Science, vol. 92, 1996. TADA, K. et al. Nanostructured conjugated polymer films for Electroluminescent and photovoltaic

applications – Thin Solid Films, vol. 477, 2005. WENNERBERG, J. et al. Cu(In, Ga) Se2-based thin film photovoltaic modules optimized for long – term performance - Solar Energy materials & Solar Cells vol.75, 2003.