Um grupo de pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Delft, na Holanda, realizou uma avaliação estatística global de quão espessas as células solares devem ser para alcançar a mesma eficiência dependendo de diferentes condições geográficas.
“Em nosso trabalho, procuramos definir os parâmetros ideais de projeto das células solares, como as mudanças de espessura do wafer por espectro de irradiância que recai sobre a célula fotovoltaica e sua temperatura”, disse o principal autor da pesquisa, Hesan Ziar, à pv magazine. “Se assumirmos as condições de teste padrão (STC) como a condição de trabalho, que é o que estamos fazendo agora na indústria fotovoltaica, então o projeto não será ideal para todos os locais da Terra, tanto em termos de rendimento de energia quanto de uso de material. Portanto, é melhor definir novas condições de teste adaptadas para cada região do mundo, ou pelo menos uma para o mundo inteiro, e projetar e fazer células de acordo”.
Como alternativa, os cientistas propuseram uma definição do que chamaram de condições de teste ao ar livre (OTC). “A OTC não significa que o teste deva ser feito ao ar livre. Isso significa que a condição do teste é representativa da condição de trabalho ao ar livre das células solares”, explicou Ziar. “Ao contrário do STC, o OTC é mais provável de acontecer para as células solares durante sua vida útil e, portanto, as células são melhores para serem projetadas com base em condições reais de trabalho ao ar livre. Assim como o STC, o OTC pode ser replicado e aplicado em um ambiente controlado no laboratório. Ter uma definição para OTC e aplicá-la facilita o projeto de células solares eficientes em termos de material e aumenta o rendimento de eletricidade das células solares”.
A equipe de pesquisa também sugeriu regionalizar a fabricação de módulos solares de acordo com diferentes níveis de uso de polissilício. “Produção regionalizada significa produzir para uma região que não necessariamente produz naquela região”, afirmou Ziar. “Por exemplo, as células podem ser feitas na China, mas adaptadas para funcionar melhor na Austrália. Como o local de produção não muda necessariamente, continuará fazendo sentido economicamente. Além disso, como a espessura é otimizada, então menos polissilício é usado, então há um potencial de ter células ainda mais baratas”.
No artigo “A global statistical assessment of designing silicon-based solar cells for geographical markets“, que foi publicado recentemente na Joule, os cientistas realizaram uma modelagem extensa e detalhada de células solares monofaciais, bifaciais e baseadas em silício tandem para todo o globo, gerando 8 TB de dados usando o banco de dados atmosférico da NASA. Eles consideraram, em particular, duas configurações de células principais – dispositivos de silício de junção única e células X-sobre-silício de dois terminais.
“Um cenário plausível é que o silício fotovoltaico de junção única se mantenha como o principal player devido ao seu baixo custo, natureza não tóxica, longevidade, estabilidade e as infraestruturas bem estabelecidas que já o suportam”, disseram. “Nesse contexto, os tandems atenderão a necessidades e aplicações específicas”.
O grupo de pesquisa também propôs uma série de métodos de média ponderada por população e valor para sugerir condições representativas de teste e projeto para células solares. Ele considerou parâmetros como eficiência máxima de célula alcançável otimizada para cada localização geográfica, espessura ótima do wafer, concentração excessiva do portador no ponto de potência máxima (MPP) e densidade populacional mundial no ano de 2020.
“Podemos ver que a espessura ótima de Si muda radicalmente ao longo do globo, enquanto todas as células ótimas estão em alta injeção”, especificaram os acadêmicos. “É evidente que a espessura ideal do wafer no mercado europeu de Si PV é quase o dobro do mercado australiano. Em alta irradiância e temperatura, o ponto de equilíbrio do aumento da corrente fotogerada com a diminuição da tensão acontece em espessuras mais baixas”.
Em uma etapa adicional, eles geraram mapas de alta resolução para parâmetros otimizados de células solares para todos os locais terrestres na Terra, considerando mais de 15 mil locais.
“Nossas descobertas mostram que 16% do consumo de polissilício poderia ter sido economizado em 2022 se a indústria fotovoltaica tivesse um teste e condições de projeto mais representativos para as células solares”, enfatizou Ziar. “O silício é de fato um material abundante na Terra, mas só porque temos abundância, isso significa que devemos desperdiçá-lo quando podemos preservá-lo por meio de uma produção mais inteligente, ou digamos mais personalizada? Podemos implementar uma prática mais sustentável e eficiente em termos de recursos para a produção de células fotovoltaicas”.
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