A eficiência dos módulos solares convencionais está ultrapassando os seus limites. O futuro pertence aos chamados módulos tandem, que produzem significativamente mais eletricidade na mesma área.
A Elektro Udo Schmidt instala módulos solares em um telhado em Mimbach, Saarland, sob luz solar escaldante e calor extremo. Muita coisa está acontecendo nos telhados alemães neste momento, e cada vez mais proprietários estão procurando gerar sua própria eletricidade com a ajuda de sistemas fotovoltaicos. Economize dinheiro no longo prazo e torne-se mais independente no que diz respeito a custos e suprimentos de energia.
“A procura por sistemas fotovoltaicos aumentou tremendamente. Isto está certamente ligado ao aumento dos custos de energia”, afirma Holkar Nikolaus, diretor-gerente da especialista em eletricidade.
Tecnologia de silício Quase esgotado
O principal componente dos módulos fotovoltaicos é o silício. Os módulos normalmente duram de duas a três décadas. A tecnologia está estabelecida e continua a ser desenvolvida. “Nos últimos 20 anos, o desempenho dos módulos de silício quase dobrou”, diz Nichols. Mas mesmo com pequenos aumentos de eficiência, a tecnologia está lentamente a atingir os seus limites.
As modernas células solares de silício convertem atualmente cerca de 22% da luz solar em eletricidade. Mas a física estabelece limites: o máximo teórico é inferior a 29%.
camada de perovskita próximo Estágio de evolução?
O Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar (ISE) quer aumentar ainda mais esse limite. Cerca de 50 pessoas estão conduzindo pesquisas intensivas em camadas ultrafinas no novo laboratório para acelerar o lançamento no mercado de energia fotovoltaica de silício perovskita.
A perovskita é um material com uma estrutura cristalina especial e capacidades extraordinárias. Segundo o instituto, ele absorve bem a luz, converte-se particularmente bem em eletricidade e é relativamente fácil de fabricar em uma fábrica.
Financiamento em milhões Governo Central
A camada de perovskita tem cerca de um centésimo da espessura de um fio de cabelo humano. Devido ao seu potencial, o Ministério Federal da Energia financiou o novo laboratório de salas limpas com cerca de 17 milhões de euros.
No entanto, Perovski não pretende substituir a tecnologia de silício existente, mas sim complementá-la. “A combinação da tecnologia de perovskita e silício adulto será de fato um passo evolutivo para superar as limitações de eficiência de 29 por cento”, disse Martin Herml, chefe do Programa de Pesquisa Fotovoltaica de Perovskita-Silicon no Fraunhofer ISE.
Mais potência através de outra camada
O silício essencialmente “pega carona” na camada de perovskita. Nas chamadas células solares tandem, os dois materiais são empilhados um sobre o outro. Cada camada é especializada em uma parte diferente do espectro de luz.
Esta combinação pode, teoricamente, converter até 43% da luz solar em eletricidade. Hermle espera conseguir aumentar a produção de eletricidade em pelo menos metade.
O objetivo dos pesquisadores é levar essa tecnologia para a indústria. Grande Desafio: Durabilidade dos módulos tandem. “Qualquer pessoa que tenha uma célula solar no telhado não quer substituir o andaime e o módulo a cada cinco anos, mas sim mantê-los funcionando por pelo menos duas décadas”, diz Herml. Essa consistência ainda não existe. Actualmente é normalmente de cinco a seis anos – até dez anos em casos individuais.
Spin-off de Oxford já formando células tandem
É aqui que você está na Oxford PV – um spin-off de uma universidade britânica de renome mundial. Na fábrica de Brandenburg an der Havel, a empresa produz perovskita há dez anos.
Os módulos fotovoltaicos têm atualmente uma eficiência de 25% – um pouco superior aos módulos de silício puro – com uma vida útil de dez anos. O desempenho e a durabilidade aumentarão constantemente nos próximos anos.
“Acredito absolutamente que é uma questão de quando”, disse o presidente do conselho da Oxford PV, David Ward.
A tecnologia tandem é mais cara
Como ambos os tipos de células solares são usados, atualmente eles são um pouco mais caros que os módulos fotovoltaicos de silício. “Mas eles produzem mais eletricidade na mesma área”, diz Ward.
Como a fina e leve camada de perovskita pode gerar mais eletricidade a partir dos raios solares, os módulos solares poderão, no futuro, ser montados não apenas em telhados ou varandas, mas também em fachadas ou tetos de carros e caminhões.
O verdadeiro problema também não é que a camada de perovskita exija um pouco mais de chumbo tóxico do que as células de silício. “Para tornar tudo muito perigoso para os humanos, você mesmo teria que retirar toda a célula solar”, diz Herml.
Vantagem de localização Europa?
Atualmente, pesquisas intensivas sobre células tandem estão sendo realizadas em todo o mundo. De acordo com o Fraunhofer ISE, eles poderão chegar ao mercado de massa nos próximos dois a três anos. Atualmente, a maioria dos módulos fotovoltaicos de silício são produzidos na Ásia. De acordo com estudos recentes, mais de 90% das importações do ano passado vieram da China. Então, um preconceito enorme.
A produção fotovoltaica de perovskita terá um grande retorno na Alemanha e na Europa? Quando se trata de pesquisa, Herml vê a Alemanha e a Europa liderando atualmente o mundo. Excelentes engenheiros mecânicos e de fábrica, que podem usar seu conhecimento para baratear os produtos, são outra vantagem de nicho.
A política desempenha agora um papel central para Oxford PV, que depende fortemente da experiência do Fraunhofer ISE para a sua investigação. É necessário criar o quadro para o estabelecimento da produção na Europa.
