Painel Solar Fotovoltaico

Os recursos utilizados para geração de energia podem ser classificados de duas formas: não renováveis, onde se enquadram aqueles que apresentam risco de extinção ou são consumidos com maior rapidez do que a natureza consegue repô-los, como no caso dos materiais radioativos e do petróleo, com seus derivados. No outro grupo se enquadram os recursos renováveis cuja utilização não agride ao meio ambiente e a matéria prima é inesgotável, neste grupo estão sol, vento, água, material orgânico. Dentre as principais fontes capazes de gerar energia elétrica destacam-se:

Biomassa e Biogás:

A biomassa é obtida pelo processamento dos resíduos das plantações de soja, arroz, milho ou cana-de-açúcar. Qualquer matéria orgânica que possa ser transformada em energia mecânica, térmica ou elétrica é classificada como biomassa. De acordo com a origem pode ser: florestal (madeira, principalmente), agrícola (soja, arroz e cana de açúcar, entre outras) e rejeitos urbanos e industriais (sólidos, como o lixo) que são armazenados nos pátios de biomassa onde passam por um processo de trituração e secagem como mostra a Figura 1. Em seguida são levados a caldeira onde sua queima gerará energia mecânica suficiente para acionar a turbina do gerador e produzir energia elétrica.

Sistema de conversão em usina termelétrica à biomassa:

Um dos processos mais comuns de obtenção de biomassa é o biogás, uma mistura resultante da fermentação anaeróbia de material orgânico encontrado em resíduos animais e vegetais, lodo de esgoto, lixo ou efluentes industriais, como vinhaça (resíduo pastoso resultante da destilação da cana-de-açúcar), restos de matadouros, curtumes e fábricas de alimentos. No caso do biogás a energia química contida em suas moléculas é convertida em energia mecânica por um processo de combustão controlada na estação de compressão e queimador. Essa energia mecânica ativa um gerador que a converte em energia elétrica conforme ilustrado na Figura 2.

Sistema de conversão do biogás:

Vantagens:

• Pode ser produzido em meios rurais, em que pode contribuir para redução com custo de energia elétrica das mesmas.
• Redução da emissão dos gases de efeito estufa.

Desvantagens:

• A quantidade de energia produzida não é constante, não podendo ser utilizada como principal fonte de energia.
• Alto período para recuperação do investimento.

De acordo com a ANEEL, PCH (Pequena Central Hidrelétrica) é toda usina hidrelétrica de pequeno porte cuja capacidade instalada seja superior a 1 MW e inferior a 30 MW. Além disso, a área do reservatório deve ser inferior a 3 km². Uma PCH típica normalmente opera a fio d'água, isto é, não possui reservatório. Com isso, em ocasiões de estiagem a vazão disponível pode ser menor que a capacidade das turbinas, causando ociosidade. Em outras situações, as vazões são maiores que a capacidade de turbinar das máquinas, permitindo a passagem da água pelo vertedouro. Por esse motivo, o custo da energia elétrica produzida pelas PCHs é maior que o de uma Usina Hidrelétrica de Energia (UHE), onde o reservatório pode ser operado de forma a diminuir a ociosidade ou os desperdícios de água.

Entretanto as PCHs são instalações que resultam em menores impactos ambientais e se prestam à geração descentralizada. Este tipo de hidrelétrica é utilizado, principalmente, em rios de pequeno e médio porte que possuam desníveis significativos durante seu percurso, gerando potência hidráulica suficiente para girar as turbinas. As PCHs são dispensadas ainda de remunerar municípios e estados pelo uso dos recursos hídricos. Na Figura 3 encontra-se a demonstração genérica de uma PCH:

Sistema de PCH:

Vantagens:

• Padrão de financiamento bem definido;
• Preço competitivo.
• A construção só depende da aprovação da ANEEL, portanto a construção é mais rápida e com menor impacto social;
• Operam a fio d’água: menor impacto ambiental.

Desvantagens:

• A burocracia para liberação ambiental, embora simplificado, ainda é um entrave que pode causar atrasos.
• As PCHs são boas opções para complementar a necessidade por energia, mas não podem ser usadas como base da matriz energética.
• São prejudicadas com os mesmos problemas regulatórios do restante do sistema elétrico.

A energia eólica tem-se firmado como uma grande alternativa na composição da matriz energética de diversos países. No Brasil, essa fonte de energia tem se mostrado uma excelente solução na busca de formas alternativas de geração de energia para a região Nordeste. É uma abundante fonte de energia renovável, limpa e com grande disponibilidade. A utilização desta fonte de energia para a geração de eletricidade, em escala comercial, teve início em 1992 e, através de conhecimentos da indústria aeronáutica, os equipamentos para geração eólica evoluíram rapidamente em termos de ideias e conceitos preliminares para produtos de alta tecnologia. Atualmente, a indústria de turbinas eólicas vem acumulando crescimento anual acima de 30% e movimentando cerca de dois bilhões de dólares em vendas por ano.

Vantagem:

• Regime de vento intenso no período de seca;
• Complementar ao parque hídrico;
• Baixo tempo de construção.

Desvantagens:

• Apesar de precisar de pouco espaço, pode ser incompatível com outras instalações nas proximidades, já que a turbulência que provoca reduz a produtividade de outros geradores no mesmo alinhamento do vento.
• O vento é instável, apesar de se saber que sopra mais durante a noite (período de menor consumo energético) e no inverno, é difícil prever exatamente quando começa e quando para.
• Mesmo quando existe vento, é preciso que seja estável e que atinja no mínimo a velocidade de arranque do aerogerador.
• Maior altitude da torre permite melhor rendimento, mas dificulta o acesso para reparos.

Energia solar é a designação dada a todo tipo de captação de energia luminosa, energia térmica (e suas combinações) proveniente do sol e posterior transformação dessa energia captada em alguma forma utilizável pelo homem, seja diretamente para aquecimento de água ou ainda como energia elétrica ou energia térmica.

Este tipo de energia está relacionado ao aquecimento de líquidos ou gases pela absorção dos raios solares. Geralmente empregada para o aquecimento de água para uso em chuveiros ou gases para secagem de grãos ou uso em turbinas, esta técnica utiliza um coletor solar que irá captar a energia e um reservatório isolado termicamente onde o líquido ou gás será acondicionado. O coletor pode ser classificado em dois tipos: coletor concentrador, que usa dispositivos para concentrar a radiação solar, ou coletor plano.

Vantagens:

• Aquecimento de água substituindo o chuveiro elétrico impacta na redução da conta de energia;
• Estufas solares podem ser empregadas em desidratação de frutas com baixo custo, por exemplo, contribuindo para a redução de desperdício de alimentos;
• Fogões solares podem substituir fogões a lenha e a GLP que provocam impacto econômico, ambiental e a saúde do usuário.

Desvantagens:

• Custo dos concentradores;
• Como estão suscetíveis as condições meteorológicas, não pode ser a única fonte de aquecimento.

Esta forma de energia visa à conversão da energia solar em energia elétrica através de células fotovoltaicas. As células fotovoltaicas mais comuns são feitas de silício que passa por um processo de dopagem para adquirir as características necessárias. A associação de várias células fotovoltaicas e sua ligação a uma bateria (em sistemas com armazenamento) gera a energia elétrica que abastecerá o sistema, por um período, mesmo sem a presença de sol.

As células de silício são as mais tradicionais, mas também as mais caras por conta do custo da etapa de purificação do silício. No entanto, já existem outros tipos de células fotovoltaicas, como as tecnologias de filme fino e híbridas; que apresentam menor custo, mas em contra partida apresentam menor eficiência.

Vantagens:

• É possível geração de energia em sistemas isolados ou conectados à rede;
• Não emite gases do efeito estufa;
• Não há necessidade de gerador;
• Não provoca ruído, como no caso da energia eólica;
• Manutenção de fácil acesso.

Desvantagens:

• É necessária uma área grande, no caso de usinas solares, que permita a orientação dos painéis sem o risco de sombreamento, que diminui a produção;
• Instabilidade na produção devido a condições climáticas, o que pode ser contornado com o uso de baterias;
• Alto investimento inicial.

Essas fontes de energia, chamadas de energia renováveis, têm ganho cada vez mais espaço na matriz energética mundial, crescendo também a importância em seus desenvolvimentos. Isto porque nas últimas décadas houve um enfoque maior na relação entre a geração de energia elétrica e seus impactos ambientais, mas principalmente em buscar alternativas que diminuam a dependência do petróleo. Neste contexto a energia solar ganhou grande destaque por sua enorme potencialidade ainda pouco explorada. No próximo tópico, será apresentado o cenário econômico que levou a incentivos de desenvolvimento da energia fotovoltaica que vem acarretando na diminuição dos preços da implantação da mesma.

Questionamentos a respeito da escassez dos recursos não renováveis que respondem a uma larga fatia da matriz energética mundial têm sido levantados. Algumas afirmações ratificam a abundância de recursos energéticos e que algumas fontes sozinhas poderiam suprir a demanda mundial de energia, apontando para o carvão, nuclear, solar, ventos, marés como fontes inesgotáveis.

De fato desde a década de 80, já havia estudos a cerca dos impactos dos gases do efeito estufa, mas foi no início da década de 90 que o IPCC (Intergovernmental Panelon Climate Change) – estabelecido em 1988 pela Organização de Meteorologia Mundial (OMM) e Programa de Nações Unidas para o Meio Ambiente – lançou seu primeiro estudo sobre mudanças climáticas que indicavam duas tendências principais: o aumento da temperatura global fugia dos padrões conhecidos e a concentração de gases do efeito estufa extrapolava o padrão histórico conhecido.

Os impactos dessa situação seriam mais negativos que positivos. No entanto, na época a ligação entre ação humana e elevação de temperatura, e a concentração de gases de efeito estufa já era considerada uma hipótese possível, porém cercada de dúvidas pela comunidade científica em geral, tanto que o IPCC classificou como 50% a probabilidade de tal associação. Desde então, os seguintes relatórios só aumentaram a porcentagem desta relação, chegando a 95% no relatório de 2007.

O Relatório Stern (2006) definiu que se nenhuma medida fosse tomada em relação às emissões de gases de efeito estufa, o total dos custos das alterações climáticas era equivalente à perda anual de, no mínimo, 5% do PIB global. Se fosse considerada uma série de impactos mais amplos, o custo poderia aumentar para 20% ou mais do PIB. Por outro lado, a adoção de medidas para redução das emissões de gases, buscando mantê-las próximas dos níveis existentes, seria aproximadamente 1% do PIB global.

Em virtude dessas projeções começou um estímulo a expansão da participação das fontes alternativas na matriz energética. A União Europeia, em 2001, reconheceu a necessidade de oficialmente promover as fontes de energias renováveis, considerando os pontos estratégicos para proteção ambiental e o desenvolvimento sustentável, através de decreto que previa estabelecer como meta para a Europa a produção de 22% da energia elétrica consumida a partir de fontes renováveis. Embora a projeção fosse tímida, houve um aumento da participação na Europa, que passou de 13% em 1991 para 22% em 2010. A Tabela 1 apresenta a evolução da produção de energia elétrica a partir de diversas fontes de energia renováveis na UE15, no período de 2002 a 2011 e a Tabela 2 mostra os números no cenário brasileiro.

Tabela 1 Evolução da Produção de Energia Elétrica a partir de Fontes Renováveis na UE

Geração de Energia Elétrica na União Europeia (GWh)

Tabela 2 Evolução da Produção de Energia Elétrica a partir de Fontes Renováveis no Brasil

Geração de Energia Elétrica na Brasil (GWh)

Percebe-se então que a necessidade de buscar novas fontes de energia vem crescendo e que a energia renovável apresenta maior confiabilidade. A energia solar fotovoltaica apresentou forte crescimento entre os países da União Europeia, como mostra a Figura 4, resultado dos incentivos para aplicação e geração de eletricidade através do sol, o que impulsionou também a queda nos custos de instalação das mesmas. Observa-se que, comparado a outras regiões do mundo, os investimentos neste tipo de energia foram muitos maiores na Europa, chegando a ser mais de 60% da capacidade instalada no mundo em 2012. Isso mostra o quanto a UE tem investido na energia fotovoltaica e que a confiabilidade da mesma vem crescendo.

Figura 4 Evolução global da capacidade instalada de painéis fotovoltaicos entre 2000-2012

No Brasil, no entanto, para o mesmo período não houve grande crescimento neste setor, visto que uma faixa pouco representativa de energia foi gerada, em comparação com outras fontes que tiveram grande projeção. A maior parte dos investimentos em energia fotovoltaica foi realizada em sistemas isolados, segundo a EPE (Empresa de Pesquisas Energéticas), devido aos custos, priorizou-se a expansão das PCHs, eólica e biomassa.

No que se refere ao Brasil a composição da matriz energética é bem distinta comparada ao cenário mundial, de acordo com o Balanço Nacional de Energia, para a geração de energia elétrica mais de 80% da matriz é renovável, com 75% de hidráulica (em 2011), cenário diferente comparado à produção mundial que detém 18,2% da matriz proveniente de fontes alternativas, onde 16,3% são oriundas de hidroelétricas. Incentivos governamentais como Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica – PROINFA ajudaram a inserir novos recursos para geração de energia.

Tal iniciativa tem como objetivos principais a diversificação das fontes de forma a aumentar a segurança no abastecimento e valorizar as características e potencialidades regionais e locais, com criação de emprego, capacitação e formação de mão de obra, além da redução das emissões de gases de efeito estufa. Para isso, estabeleceram como meta, em uma primeira fase, a implantação de 3.300 MW de capacidade instalada de centrais eólicas, biomassa e pequenas centrais hidrelétricas (PCH), igualmente divididas entre as referidas fontes.

No Plano Decenal de Energia 20202 percebe-se que a participação das fontes alternativas (sendo as consideradas neste caso: eólica, PCHs, biomassa oriunda do bagaço da cana de açúcar) tendem a ter uma projeção maior para o período de estudo. A Figura 5 extraída do mesmo retrata a expansão da capacidade hidrotérmica por tipo de fonte que deverá ser de 171 GW até o final de 2020.

Figura 5 Crescimento da Matriz Energética brasileira no período de 2010 a 2020

O resultado da expansão das fontes renováveis, mostrado na Figura 5 é consequência dos empreendimentos do PROINFA, que projeta um crescimento de 137 empreendimentos, sendo: 62 pequenas centrais hidrelétricas (PCH), 21 usinas termelétricas a biomassa (BIO) e 54 usinas eólicas (EOL). Observa-se que a maior parte dos empreendimentos foi prevista para a região Sudeste e Centro-Oeste, próxima aos grandes centros e de maior facilidade de interligação ao SIN (Sistema Interligado Nacional).

Pelo estudo, espera-se que a participação das fontes alternativas passe de 8% (2010) para 16% em 2020, conforme a Tabela 3, reflexo das entradas, principalmente, das PCHs e do aumento da geração eólica. É interessante observar que com a entrada cada vez maior dessas fontes, pode-se observar que haverá uma estagnação na participação das termoelétricas, o que reforça a confiabilidade da geração renovável.

Tabela 3 Participação das Fontes de Geração no Brasil (%)

Embora o PROINFA incentive a implantação de Fontes Alternativas, foi em outro programa que a energia solar ganhou maior destaque, no Programa de Desenvolvimento Energético de Estados e Municípios (PRODEEM) o qual tinha uma projeção social voltada para a utilização de fontes alternativas em regiões fora da rede de distribuição, seguindo a tendência mundial [10], que entre 2000 e 2001, teve taxa de crescimento para energia fotovoltaica de 40%, superando 300 MW de produção de módulos fotovoltaicos por ano.

O efeito fotovoltaico foi observado pela primeira vez em 1839 por Edmond Becquerel que verificou que placas metálicas, de platina ou prata, mergulhadas em um eletrólito, produziam uma pequena diferença de potencial quando expostas à luz. Mais tarde, em 1877, dois inventores norte americanos, W. G. Adams e R. E. Day utilizaram as propriedades fotocondutoras do selênio para desenvolver o primeiro dispositivo sólido de produção de eletricidade por exposição à luz. Tratava-se de um filme de selênio depositado num substrato de ferro e com um segundo filme de ouro, semitransparente, que servia de contato frontal.

Apesar da baixa eficiência de conversão, da ordem de 0,5%, nos finais do século XIX o engenheiro alemão Werner Siemens comercializou células de selênio como fotômetros para máquinas fotográficas. A história da energia fotovoltaica teve seu início com a explicação do efeito fotoelétrico por Albert Einstein em 1905, o surgimento da mecânica quântica e, em particular, a teoria de bandas e a física dos semicondutores, assim como as técnicas de purificação e dopagem associadas ao desenvolvimento do transistor de silício.

O engenheiro do Bell Laboratories (Bell Labs), Daryl Chapin, estudava soluções para substituir as baterias que mantinham a rede telefônica remotas em funcionamento. Em seus estudos, Chapin, havia realizado testes com células solares de selênio, já conhecidas naquela época por seus resultados muito ruins, com eficiência máxima inferior a 1%. Porém Gerald Pearson, ao realizar testes com células solares de silício, verificou que a eficiência de conversão era de cerca de 4%.

A história da primeira célula solar, como é conhecida hoje, começou em março de 1953 quando Calvin Fuller desenvolveu um processo de difusão para introduzir impurezas em cristais de silício, de modo a controlar as suas propriedades elétricas (um processo chamado “dopagem”). Fuller produziu uma barra de silício dopado com uma pequena concentração de gálio, que o torna condutor, sendo silício do tipo P. Seguindo as instruções de Fuller, o físico Gerald Pearson, mergulhou esta barra de silício dopado num banho quente de lítio, criando assim na superfície da barra uma zona com excesso de elétrons livres, chamados silício do tipo N.

Na região onde o silício tipo N fica em contato com o silício tipo P, a junção P-N, surge um campo elétrico permanente. No entanto, rapidamente se compreendeu que o custo das células solares era muito elevado, e que a sua utilização só podia ser economicamente competitiva em aplicações muito especiais, como, por exemplo, para produzir eletricidade no espaço. Mas, se o desenvolvimento das células solares nos anos sessenta foi, sobretudo, motivado pela corrida ao espaço, o que levou a células mais eficientes, mas não necessariamente mais econômicas, foi nessa década que surgiram as primeiras aplicações terrestres. Esta situação viria a mudar de figura quando, em 1973, o preço do petróleo quadruplicou.

O pânico criado pela crise petrolífera de 1973 levou a um súbito investimento em programas de investigação para reduzir o custo de produção das células solares. Algumas das tecnologias financiadas por estes programas revolucionaram as ideias sobre o processamento das células solares. É o caso da utilização de novos materiais, em particular o silício policristalino (em vez de cristais únicos de silício, monocristais, muito mais caros de produzir) ou de métodos de produção de silício diretamente em fita (eliminando o processo de corte dos lingotes de silício, e todos os custos associados).

Outra inovação particularmente importante do ponto de vista de redução de custo foi a deposição de contatos por serigrafia em vez das técnicas tradicionais: a fotolitografia e a deposição por evaporação em vácuo. O resultado de todos estes avanços foi a redução do custo da eletricidade solar de 80 US$/Wp para cerca de 12 US$/Wp em menos de uma década. Do ponto de vista da eficiência de conversão das células solares, a barreira dos 20% de eficiência foi pela primeira vez ultrapassada pelas células de silício monocristalino da Universidade de New South Wales.

A equipe de Dick Swanson atingiu os 25% de eficiência em células com concentrador. Foi do resultado de iniciativas de estímulo ao mercado fotovoltaico, como por exemplo, a lei das tarifas garantidas na Alemanha, que resultou o crescimento exponencial do mercado da eletricidade solar verificado no final dos anos noventa e princípios deste século: em 1999 o total acumulado de painéis solares atingia o patamar do primeiro GW, para, três anos depois, o total acumulado seria já o dobro.

A célula solar é a pedra angular para a geração da energia solar. O efeito responsável pela geração da energia consiste na excitação de um material semicondutor pela radiação solar. Dessa forma há o aparecimento de uma diferença de potencial nos terminais do material, o chamado efeito fotovoltaico. Os materiais classificados como semicondutores são elementos que têm como característica possuir em sua camada de valência quatro elétrons a baixa temperatura e que, para serem quimicamente estáveis, necessitam de oito elétrons. Para isso realiza a chamada ligação covalente.

Na ligação covalente (Figura 1), cada átomo compartilha um elétron com o átomo vizinho, o que lhe dá um total de oito elétrons na camada de valência, adquirindo estabilidade química para formar o sólido. Os elétrons compartilhados não passam a fazer parte efetivamente do átomo central, portanto, eletricamente falando, cada átomo ainda continua com quatro elétrons na camada de valência e quatorze no total (no caso do Silício), ou seja, eletricamente neutro. A camada de condução, no entanto, é totalmente vazia.

Figura 1 - Ligação covalente composta por semicondutores:

Os átomos de silício se distribuem no sólido formando uma estrutura cúbica, onde os átomos ocupam os vértices do cubo. Esta estrutura cúbica é normalmente chamada cristal. É por isso que o sólido de silício é conhecido como cristal de silício. (Figura 2)

Figura 2 Retículo cristalino formado pelo silício:

Se um elétron da camada de valência receber energia externa como luz, e esta for maior que a força de atração exercida pelo núcleo, o elétron irá para a chamada banda de condução. Uma vez na banda de condução, o elétron está livre para se deslocar pelo cristal, sendo o mesmo chamado de elétron livre. Ao ir para a banda de condução, o elétron deixa um vazio que é chamado de lacuna. Entretanto entre as duas camadas, existe uma faixa de energia que o elétron precisa receber para chegar à camada de condução – chamada banda proibida, cujo valor é 1eV (1,60 x 10-19 J) e que, é o valor de energia que o elétron deve absorver para sair da camada de valência para a de condução, recebendo o nome de fóton (Figura 3).

Figura 3 Semicondutor. A lacuna de energia entre a banda de valência cheia e a de condução é muito pequena, de modo que alguns elétrons podem ser excitados nas temperaturas ambientes até a banda de condução, deixando buracos na banda de valência.

O aumento da temperatura melhora a condutividade dos semicondutores devido à excitação térmica de elétrons da banda de valência para a banda de condução. A radiação solar não absorvida é, em grande parte, visível. Para o funcionamento das células solares a faixa de comprimento de onda é entre 390 a 1.100 nm (Figura 4), o que corresponde ao comprimento de onda do visível ao infravermelho ou, em termos de energia, de 1,1 a 3,1 eV. Como visto, cada material apresenta uma zona de sensibilidade à radiação (Figura 4).

Os materiais semicondutores que apresentam a banda proibida dentro dessa faixa, como o Silício, Arsenieto de Gálio, Telureto de Cádmio, Disseleneto de Cobre-Índio-Gálio, entre outros, são os possíveis candidatos para serem utilizados como camada ativa, ou seja, a camada doadora de elétrons, nestes dispositivos. A energia da banda proibida está relacionada diretamente com as características da célula, ou seja, quanto menor a banda, maior a energia que pode ser absorvida e assim um maior número de portadores (maior a corrente).

Da mesma forma, quanto maior a banda proibida do material, maior também será a tensão de circuito aberto, pois a energia da banda está relacionada com a magnitude do campo embutido da junção, o qual determina a máxima tensão que a célula pode produzir. Logo, a melhor relação entre tensão e corrente é obtida em materiais cuja banda se situa entre 1 e 1,8 eV.

Figura 4 - Sensibilidade ao Espectro de Luz:

Semicondutores puros não garantem o funcionamento da célula fotovoltaica. Para isso, é feito o processo de dopagem do material. O processo de dopagem consiste em introduzir impurezas ao semicondutor puro, a fim de garantir a troca de elétrons. São realizados dois processos de dopagem, a primeira é a chamada dopagem do tipo N que consiste em um semicondutor que recebeu átomos pentavalentes, ou seja, átomos que possuem cinco elétrons na camada de valência. Como é o caso do Silício (Si) que tem número atômico 14.

Sua distribuição eletrônica é 2,8,4; o que significa que possui quatro elétrons na camada de valência e necessita de quatro elétrons para tornar-e quimicamente estável. O Fósforo é então utilizado para essa dopagem, cujo número atômico é 15, e apresenta distribuição eletrônica 2, 8, 5; o que significa que fica com um elétron em excesso na ligação com o átomo de silício (Figura 5).

Figura 5 - Diagrama representando um conjunto de átomos de silício, e uma impureza pentavalente central, gerando um elétron livre

A segunda dopagem é a chamada dopagem do tipo P obtida através da injeção de átomos trivalentes no cristal puro. Para essa dopagem utiliza-se o Boro, que tem distribuição eletrônica 2,3; significa que possui três elétrons de valência e ao ser adicionado quimicamente ao Si, fica com um elétron desemparelhado – o que significa uma lacuna, como ilustrado na Figura 6.

Figura 6 - Diagrama representando um conjunto de átomos de silício, apresentando um átomo central trivalente, gerando uma lacuna na rede

Desta forma obtemos junção SiP chamada junção (-), pois existe um excesso de elétrons desemparelhados. E uma junção SiB, junção (+), pois existe um déficit de elétrons. O fato de haver duas camadas estabelece uma diferença de potencial que fará com que os elétrons livres se movam gerando um campo elétrico. Neste processo, são utilizados materiais semicondutores como o silício, o arsenieto de gálio, telurieto de cádmio ou disselenieto de cobre e índio.

A célula de silício cristalino é a mais usual. Na presença de luz sobre a célula fotovoltaica, os fótons que a integram chocamse com os elétrons da estrutura de silício, dando-lhes energia e consequentemente transformando-os em condutores. Devido ao campo elétrico gerado na junção P-N, os elétrons são orientados e fluem da camada P para a camada N (Figura 7).

Figura 7 - Célula fotovoltaica elementar

A junção P-N assemelha-se a um diodo, pois a utilização de uma diferença de potencial com o potencial positivo aplicado no material do tipo P diminui a barreira de potencial e possibilita que a corrente atravesse a interface, enquanto que a aplicação de uma diferença de potencial inversa aumenta a barreira de potencial e não possibilita a passagem de corrente. A Figura 8 ilustra a curva característica de um diodo de silício.

Figura 8 - Característica I-V da célula de um diodo de silício 

O modelo de célula não é nada mais, nada menos que uma fonte de corrente, cuja expressão da corrente que atinge a carga é dada pela equação:

O comportamento da célula, quando não está na presença de luz, pode ser representado pelo circuito equivalente de um diodo e corresponde à curva I-V.

Figura 9 - Célula fotovoltaica e modelo equivalente ideal alimentando uma carga Z

A expressão abaixo indica qual a variação da corrente ID que circula através de um diodo quando aplicada uma diferença de potencial aos terminais deste igual a V (Figura 9), é a chamada Equação de Shockley

Ao ser iluminada, surgirá uma corrente elétrica (IS) gerada pela absorção dos fótons que será proporcional a radiação solar. Quanto maior a intensidade da incidência luminosa sobre a célula fotovoltaica, maior o deslocamento da curva I-V sobre o seu eixo de referência com mostrado na Figura 10.

Figura 10 Efeito da intensidade luminosa na curva I-V.

Os dois parâmetros alcançados da interceptação da curva com o sistema de eixos para uma dada radiação e temperatura, permitem descrever uma célula fotovoltaica de uma determinada área e designam-se por corrente de curto-circuito, ICC (V=0) em que

A tensão máxima nos terminais da célula por tensão em circuito aberto é VOC (I=0), em que

Em resumo pode-se afirmar que a célula se comporta como diodo quando escurecida, havendo condução no 1o quadrante e quando sob radiação solar comporta-se como fonte de corrente. No entanto no modelo real da célula (Figura 11), são consideradas também as perdas RP e RS detalhadas a seguir.

Figura 11 - Modelo real de célula fotovoltaica:

• Resistência em série (RS): esta é a resistência da própria célula, composta pela resistência elétrica do material e a resistência dos contatos metálicos, denominadas de perdas por efeito Joule.
• Resistência em paralelo (RP): resistência do processo de fabricação e caracteriza as correntes parasitas que circulam na célula devido, principalmente, a pequenas imperfeições na estrutura do material.

Estas resistências são responsáveis pelo rebaixamento da curva característica da célula solar, logo quanto mais elevado RS e mais baixo RP provocam a redução na corrente de curto-circuito ICC (Figura 12) e na tensão de circuito aberto VOC (Figura 13). A corrente é determinada através da expressão:

Figura 12 Influência da resistência em série (Rs) na curva I-V:

Figura 13 Influência da resistência em paralelo (Rp) na curva I-V:

Como dito anteriormente, o custo de implantação de sistema fotovoltaico é ainda um entrave para a expansão do uso desse tipo de energia. Medidas governamentais, no entanto, visam estimular um maior desenvolvimento do mercado para a energia solar. De acordo com o estudo da EPE, através de referências internacionais, o custo de investimento em sistemas fotovoltaicos pode ser decomposto em três principais itens: os painéis solares, o inversor e a estrutura que engloba as estruturas mecânicas de sustentação, equipamentos elétricos auxiliares, cabos e conexões para instalação e montagem.

Por causa dos incentivos de produção, os painéis solares têm apresentado constante redução de preços para os módulos de silício cristalino e também as células de filme fino. Atualmente o custo do sistema fotovoltaico é 60% dos painéis solares, cerca de 10% referente ao inversor e o restante à estrutura. Para análise de custo do sistema fotovoltaico foram adotados os valores encontrados na Tabela 1, para estimativa de custo no mercado internacional, onde se pode perceber que o custo do módulo representa a maior parte do investimento fotovoltaico.

Tabela 1 - Custo de investimento em sistemas fotovoltaicos - Referência Internacional (US$/kWp):

Para tornar a energia solar mais competitiva comparada a outras fontes, é necessário investir em pesquisas que reduzam o preço do módulo fotovoltaico. Nesse sentido, estudos têm sido feitos buscando novos tipos de célula que sejam de custo mais baixo e que apresentem boa eficiência, como apresentado Tabela 2, porém, apesar do maior preço, as células de silício cristalino apresentam maior eficiência.

Tabela 2 Eficiência Típica dos módulos comerciais

Uma das vantagens da geração fotovoltaica é a possibilidade de aplicação em larga ou pequena escala. Isso permite a implementação de sistemas de energia em localidades afastadas da rede como regiões rurais, populações ribeirinhas e pequenos vilarejos. Em casos como este, o custo da construção de linhas de transmissão para fornecer energia elétrica pode ser muito alto e mesmo inviável. A opção pela energia solar é uma alternativa viável, pois pode ser implantada em sistemas isolados.

Comparando-se as fontes de geração de energia, em geral, as fontes alternativas apresentam preço mais elevado do que o sistema convencional centralizado de fornecimento de energia. No entanto, alguns pontos podem reduzir o custo da transmissão de energia, visto que em geral, a carga encontra-se próximo a ponto de geração. Para produzir energia, recursos fósseis necessitam ser extraídos dos poços de petróleo, transportados até as refinarias onde são preparados para queima, levados às usinas termelétricas e após a geração de energia, seus resíduos são eliminados.

A utilização das máquinas rotativas, gerador e turbina, necessitam de uma rotina de manutenção mais complexa devido ao desgaste das peças móveis. A energia solar, em contra partida, não necessita ser extraída, nem refinada ou transportada para o local de geração, por ser próximo à carga, evitando custos de transmissão em alta tensão. Outras questões, porém, permeiam a implantação das fontes alternativas, em especial, da energia solar; a geração solar fotovoltaica permite a expansão da geração distribuída, o que diminui o interesse de grandes empresas responsáveis pela geração e distribuição a quererem investir neste tipo de recurso.

Assim, a produção fica sujeita, a pequenos produtores, o que não alavanca a produção em larga escala de painéis fotovoltaicos e consequentemente dificulta a redução dos preços e custos de fabricação dos mesmos. Para incentivar esses produtores, um bom exemplo foi a iniciativa do governo alemão de aprovar a lei de Energias Renováveis (Erneuerbare Energie Gesetz, EEG), que exige que operadores de energia elétrica paguem um valor mais elevado aos fornecedores de energia solar do que aos fornecedores de energia tradicional, uma forma de estimular a geração solar.

O custo dos sistemas fotovoltaicos varia muito e dependem de diversos fatores, incluindo o tamanho do sistema, localização, tipo de conexão (isolado ou conectado a rede), especificações técnicas e a extensão até a carga refletem no preço final de todos os componentes. Em média, os preços para sistemas isolados, também conhecidos como sistemas com armazenamento, são praticamente o dobro dos de sistemas conectados a rede. Isso é atribuído ao fato da necessidade de baterias para armazenamento e os equipamentos associados. Em 2011, os preços mais baixos para sistemas fora da rede, independente do tipo de aplicação, tipicamente variavam entre 3,7 US$/W a 7,2 US$/W, de acordo com o país.

A Tabela 3 reporta a média de preços para alguns países, baseado na pesquisa da European Statistics [8], mostra que os valores variam de acordo com o país e aplicação do projeto. Os preços para sistemas conectados a rede, em 2011, também variaram, como mostrado na mesma tabela, cerca de 3,6 US$/W foi a média dos preços que reduziu aproximadamente 17% em relação ao ano anterior. Preços de 2 US$/W chegaram a ser relatados, porém estes preços podem variar de acordo com a natureza das construções, o grau de integração com a instalação, de inovação e o tipo de fabricação dos módulos também influenciam bastante.

Tabela 3 – Indicativo de preços para sistemas instalados em 2011 (US$/W):

Em média, o custo com os módulos fotovoltaicos em 2011 foram responsáveis por 50% dos preços mais baixos apresentados nos sistemas conectados à rede. O preço médio do módulo nos países relatados foi próximo de 1,38 US$/W, uma queda de 50% em relação a 2010, seguindo o declínio de 20% relatado no ano anterior. A Figura 5.5 exemplifica a evolução dos preços normalizados para painéis fotovoltaicos de acordo com a inflação. Na Figura 4 podem-se observar os preços reais para sistemas e módulos no mesmo período.

Figura 3 – Gráfico da evolução dos preços do Módulo Fotovoltaico no período de 2001 a 2011:

Figura 4 – Gráfico da evolução de preços de Módulos e Sistemas fotovoltaicos no período de 2001 a 2011:

Considerando-se o valor de 3,7 US$/W mostram que os valores da energia solar não são competitivos em relação a outras fontes de energia, como mostra Tabela 4, muito embora, conforme dados relatados pelo Photovoltaic Power System Programme (PVPS) da International Energy Agency (IEC), esses valores têm reduzido a cada ano.

Tabela 4 – Valores típicos de implantação de usinas geradoras de energia:

Motivado por essa dificuldade de competitividade dos painéis solares foi desenvolvido um protótipo com o intuito de criar uma linha de fabricação sustentável que reduzisse o custo final do módulo utilizando materiais reutilizáveis da construção civil. A proposta é que fosse possível a montagem desses módulos pelas comunidades de baixa renda onde possam, além de reduzir os gastos com conta de luz, gerar renda para essa população.

Com base nessa ideia, será apresentada no próximo tópico uma comparação de custos para um sistema fotovoltaico residencial utilizando painéis disponíveis no mercado e outro com o painel de baixo custo, apontando a viabilidade do mesmo. Por fim nos resultados dos ensaios realizados no módulo obtêm-se os parâmetros do mesmo.

Neste tópico, será realizado o dimensionamento do sistema fotovoltaico e em seguida o orçamento do mesmo. O sistema é composto por arranjo fotovoltaico que representa o conjunto de módulos necessários para abastecer a carga; controlador de carga que tem a função proteger o banco de baterias de sobrecarga e descargas profundas; o inversor utilizado para transformar de corrente contínua fornecida pelos painéis solares para corrente alternada solicitada pelas cargas e o banco de baterias que tem por função armazenar energia para suprir a carga em períodos em que a radiação é insuficiente (Figura 3).

Figura 3 Sistema Fotovoltaico para configuração isolada:

O local de implantação da residência é em Marechal Hermes, localizada na zona oeste do Rio de Janeiro. As coordenadas geométricas são 22° 51’ 39’’ S e 43° 22’ 16’’W. Com estes dados a insolação correspondente durante o ano é obtido na base de dados do SunData tendo a região mais próxima a região do Rio de Janeiro (Santa Cruz) (Tabela 5).

Tabela 5 - Radiação média diária na região do Rio de Janeiro (Santa Cruz):

A instalação dos painéis é feita com uma inclinação para evitar acúmulo de água da chuva. Essa inclinação corresponde ao ângulo de latitude da localidade, neste caso 23°. A partir das informações acima se observa que, para radiação máxima de 1.000 W/m2, o tempo de insolação a sol pleno é de HSP é 4,85 horas, ou seja, o período em que o painel está exposto a maior nível de radiação durante o dia.

O local de implantação da residência é em Marechal Hermes, localizada na zona oeste do Rio de Janeiro. As coordenadas geométricas são 22° 51’ 39’’ S e 43° 22’ 16’’W. Com estes dados a insolação correspondente durante o ano é obtido na base de dados do SunData tendo a região mais próxima a região do Rio de Janeiro (Santa Cruz) (Tabela 5).

Tabela 5 - Radiação média diária na região do Rio de Janeiro (Santa Cruz):

A instalação dos painéis é feita com uma inclinação para evitar acúmulo de água da chuva. Essa inclinação corresponde ao ângulo de latitude da localidade, neste caso 23°. A partir das informações acima se observa que, para radiação máxima de 1.000 W/m2 , o tempo de insolação a sol pleno é de HSP é 4,85 horas, ou seja, o período em que o painel está exposto a maior nível de radiação durante o dia.

O fornecimento de energia deve ser suficiente para abastecer a carga composta de iluminação interna, televisão, geladeira e computador. Os dados da Tabela 5.6 mostram o consumo da residência durante o ano (Figura 4).

Tabela 6 - Consumo mensal de energia em kWh na residência:

Figura 4 - Curva de Consumo da Carga durante o ano:

O consumo máximo diário de energia da residência é estabelecido por:

Especificações do Banco de Baterias:

O banco de baterias deve ser dimensionado de modo que possa suprir a carga em dias consecutivos que o arranjo fotovoltaico não esteja gerando energia. De acordo com o SIGFI, o sistema deve ter autonomia por 48 horas. Seguindo esta orientação o sistema projetado para abastecer o sistema durante dois dias. O principal tipo de baterias utilizado em sistemas fotovoltaicos é de chumbo-ácido aberta, em que a profundidade de descarga máxima permitida é de 80% da capacidade nominal da bateria. Foi adotado o valor de 24 V para a tensão nominal do sistema fotovoltaico.

Como a tensão da bateria é de 12 V o número de baterias deve ser duplicado para atender a tensão do sistema, portanto para manter a autonomia são necessárias 14 baterias. As especificações do banco de baterias para este sistema encontram-se na Tabela 7.

Tabela 7 Especificações da Bateria Selecionada:

Observa-se que a bateria apresenta capacidades diferentes para a mesma especificação, isso porque a capacidade nominal está relacionada à corrente que a bateria é capaz de fornecer por determinado período.

Para o dimensionamento do arranjo fotovoltaico é considerado o nível de radiação da localidade onde será instalado o painel, no caso, o Rio de Janeiro onde a temperatura média é de 32°C e deve ser considerado o fator de correção de eficiência do painel. Para determinar o número médio de horas de insolação igual a 1.000W/m2 , neste caso projetaremos para condição de sol pleno na região durante o ano, com inclinação de 23°, desta forma as demais serão também atendidas (Tabela 8).

Para atender a demanda do mês de referência, o sistema fotovoltaico deve fornecer uma potência de:

Corrigindo a potência pelo fator de correção obtém-se a potência real demandada pelo sistema:

Dimensionando o arranjo para utilização de módulos com potência 240 W, na mesma faixa do protótipo, teremos a necessidade de utilizar 8 painéis.

Tabela 8 Especificações do Módulo:

O inversor deve ser escolhido de acordo com as tensões de entrada e saída do sistema, neste caso respectivamente, 24 V e 127 V; e a potência demandada, 1,5 kW. Para essa especificação, foi escolhido o Inversor de Energia Profissional de 3000W Wagan Tech ProLine cujos dados técnicos estão na Tabela 9.

Tabela 9 - Especificações do Inversor:

O controlador de carga tem a função de proteger a bateria de cargas e descargas excessiva e facilitar a máxima transferência de potência do arranjo fotovoltaico para a bateria. A especificação do mesmo deve atender as características da bateria, a tensão e a corrente do sistema. Para este projeto foi selecionado o Controlador de Carga de 60A (12/24V) com timer programável EPSOLAR – VS6024N especificado na Tabela 10.

Tabela 10 Especificação Controlador de Carga:

Realizando um levantamento orçamentário dos itens do sistema fotovoltaico de forma a atender o dimensionamento, obtemos um custo médio de R$16.464,00, com módulos convencionais disponíveis no mercado. A seguir, analisaremos a variação do  preço do sistema, apresentada na Tabela 11, ao utilizarmos o painel sustentável e será discutida a viabilidade deste projeto.

Tabela 11 - Orçamento do Sistema Fotovoltaico:

A proposta do módulo alternativo é a fabricação dos painéis como fontes de renda para comunidades de baixo poder aquisitivo e que seja utilizado em regiões carentes onde o custo de energia fornecido pela concessionária seja elevado. Neste caso, o processo de manufatura usaria materiais reciclados em lugar de alguns componentes do painel. A Tabela 12 lista o custo do painel, comparando a quantidade pela qual foram comprados os itens do painel.

Tabela 12 Comparação de custo entre as alternativas de protótipo:

Observa-se que, com base nos preços disponíveis no mercado, há a possibilidade de reduzir o custo de fabricação do painel de forma que seja viável a construção de painéis de forma sustentável. Sendo então a potência gerada pelo painel correspondente a 32,4W, o custo para gerar 1 W é 13,06 R$/W no máximo (ou seja, para itens de varejo) e 4,31 R$/W no mínimo (para produção comunitária em larga escala), comparando este valor com equivalente encontrado comercialmente para módulos na mesma faixa, 12,20 R$/W6 percebe-se que o protótipo consegue ser economicamente viável.

No caso do uso residencial destes painéis, retornando ao estudo de caso, a aplicação do protótipo seria capaz de reduzir o custo final da implantação do sistema, conforme mostra a Tabela 13.

Tabela 13 - Orçamento do Sistema Fotovoltaico com módulos alternativos.

A determinação das características fotoelétricas dos módulos de silício cristalino para aplicações terrestres é estabelecida pela Norma Internacional IEC 61215 (1993). Basicamente, o procedimento baseia-se no registro da curva I-V e a temperatura da amostra e o registro da corrente de curto-circuito e temperatura de desvio padrão, concomitantemente, e depois na correção dos valores obtidos, para as condições desejadas. O esquema de testes, com as devidas conexões está ilustrado na Figura 5.5. É medida, primeiramente, a corrente de curto-circuito (V=0) e tensão de circuito aberto (I=0). Em seguida, é inserida uma carga variável nos terminais do módulo a fim de variar a corrente de saída, deste modo obtém-se os valores correspondentes de tensão e corrente para diversos pontos.

Figura 5 Diagrama de blocos e conexões de ensaio conforme norma IEC 904-3:

Os ensaios realizados utilizando procedimentos laboratoriais, ou seja, usando iluminação artificial para simular a luz solar; no caso, um refletor de lâmpada fluorescente compacta com potência de 42W e 2860 lumens. Para carga variável, foi utilizado um reostato em série com uma resistência de 1 omêga. Os resultados das medições encontram-se nos Gráfico 5.1 e Gráfico 5.2 experimentais de I-V e P-V:

Gráfico 5.1 Curva Experimental de I-V:

Gráfico 2 Curva Experimental P-V:

Observa-se que através das curvas levantadas, o protótipo do painel fotovoltaico experimental encontra-se dentro das especificações desejadas, assim como os painéis comerciais. De acordo com os resultados obtidos, os parâmetros deste painel são:

Corrente de curto-circuito (ICC) igual a 8,56 A, tensão de circuito aberto (VOC) igual a 1,792 V. Para os pontos de máxima potência (PMP) fornecida pelo módulo foi de 8,4 W para tensão correspondente (VMP) 1,35 V.

A maioria dos módulos convencionais encontrados no mercado é constituída por 36 células solares de silício. A potência do módulo, sob condições padrão, é variável desde 10 a 290 W. Em consequência, o dispositivo varia de 0,2 a 1,5 m2 . Na montagem dos módulos tradicionais, após serem soldadas, as células são encapsuladas com a finalidade de serem isoladas do exterior e protegidas das intempéries, bem como para darem rigidez ao módulo. O módulo é constituído pelas seguintes camadas: vidro de alta transparência e temperado, acetato de etilvinilacetato (EVA), células solares, EVA e filme de fluoreto de polivinila (Tedlar) ou vidro.

A seguir, é colocada a moldura de alumínio, para dar o acabamento e facilitar a instalação. A durabilidade dos módulos é superior a 30 anos e atualmente está determinada pela degradação dos materiais usados no encapsulamento, ou seja, a durabilidade das células solares cristalino é bastante superior. Para os módulos convencionais a etapa de fabricação tem início com a limpeza do vidro seguido de uma inspeção (automática e visual). Em seguida, é feito o primeiro encapsulamento do vidro com aplicação do EVA. A próxima etapa é a inspeção das células visual com objetivo de detectar possíveis imperfeições e danos nas mesmas. Em seguida acontece o processo de soldagem automatizado (Figura 1) com fios de cobre muito finos (0,05 mm) de forma a permitir uma ligação flexível. As fileiras de células soldadas são alinhadas sobre o vidro.

Figura 1- Soldagem automática:

Após todas as fileiras estarem devidamente colocadas, é feita a soldagem das interconexões. Depois disso, ocorre o segundo encapsulamento do material com nova camada de EVA fotovoltaica sob a parte traseira das células. Subsequente inicia-se o processo de preparação para o encapsulamento com a etapa de laminação. Antes de concluir este processo, porém, é realizado um teste de eletroluminescência que permite uma análise rigorosa e profunda do módulo fotovoltaico, uma vez que permite ver defeitos invisíveis a olho nu, como microfissuras, problemas nas células, problemas na soldagem, efeitos da umidade.

No processo de laminação haverá o aquecimento a 145 °C do conjunto vidro, EVA e células de forma a uni-los permanentemente. Em seguida, aplica-se uma camada de fita adesiva em torno do painel que receberá a moldura de alumínio. Segue então a aplicação da caixa de junção na parte posterior do painel, nela encontram-se os terminais de ligação, bem como o diodo de by-pass, utilizados para proteger o módulo de danos ocasionados por sombras parciais, evitando que este atue como receptor.

Por fim é realizado um teste de funcionamento elétrico e medidas onde são inspecionadas a corrente de curto-circuito e a tensão de circuito aberto.

O protótipo foi construído utilizando-se células fotovoltaicas de silício monocristalino, com tensão de 0,5V, dimensões 156x156mm, eficiência de 19%, contendo três barramentos e vida útil esperada de mais de 25 anos se protegida da umidade. A solda foi realizada com fitas recobertas de estanho, e que também ocorreu com as interligações entre as fileiras. A moldura foi construída por tubos de PVC de 20 mm unindo os dois vidros do painel. Com o intuito de aumentar a vedação e assim a durabilidade do mesmo, substituiu-se o EVA fotovoltaico pela cola de silicone ao redor do vidro e em seguida a inserção de fita metálica isolante. Foi inserido por fim um conector na parte traseira do módulo, que permite a conexão entre os terminais positivo e negativo, para ligações externas. Além de possuir um diodo que impede a inversão de corrente.

Inicialmente, o projeto do painel foi idealizado de forma a obter a maior potência possível e que o painel fosse de fácil manuseio. Com células de 0,5V cada, projetou-se um painel com 18 células, totalizando uma tensão do painel de 4V. As células solares possuem o polo positivo na parte inferior e o polo negativo na parte superior (Figura 2), dessa forma as células devem ser soldadas em série para que se possa obter a tensão desejada nos terminais do conjunto. As ligações a um circuito externo podem ser feitas de diversas formas. Podem ser colocadas em um suporte com contatos de mola que pressionam a parte da frente e de trás, podendo as conexões ser soldadas, porém a forma mais comum, e que foi utilizada neste protótipo, é através da soldagem por meio de fios condutores. As células foram conectadas em série de modo a aumentar a tensão de saída.

Figura 2 - (a) Terminal positivo da célula. (b) Terminal negativo da célula:

A soldagem foi feita com fita de solda e caneta de fluxo para célula fotovoltaica, necessária para melhor fixação da solda na célula. As células solares utilizadas foram de silício monocristalino. As partes posterior e frontal possuem ranhuras com material metálico onde é feita a soldagem entre a célula e a fita de solda, que composta por estanho, material condutor para que seja possível a condução de corrente elétrica pelas células (Figura 3). Em seguida, coloca-se a fita estanhada sob a ranhura, na posição em que se deseja fixar para então iniciar o processo de solda.

Figura 3 - Processo de soldagem de célula fotovoltaica:

O mesmo processo é repetido nas outras duas ranhuras conforme pode ser visto na Figura 4. Isso é feito para que haja contatos redundantes. Assim, o módulo não falhará se uma ou duas soldas se partirem.

Figura 4 - Camada posterior já soldada:

Na parte da frente deve ser feito o mesmo processo de soldagem. É necessário lembrar que a medida das tiras deve ser o dobro da medida da célula para que seja possível fazer a ligação entre as células e distanciar a fita de solda das margens da célula e assim prevenir do risco de colocar em curto a célula no processo de soldagem.

As células são então ligadas em série, soldando o terminal positivo (parte posterior) com o terminal negativo (parte frontal) em cada fileira que é composta de duas células, de acordo com o projeto (Figura 5).

Figura 5 - Interligação entre parte frontal e posterior, soldadas:

Depois de finalizar essa etapa, montando as fileiras, realizam-se as interconexões das mesmas, conectando-se as extremidades de cada fileira com a seguinte de forma que fiquem em série, ou seja, terminais positivos são conectados com o negativo da fileira seguinte (Figura 6).

Figura 6 - Células Interligadas em série:

Os painéis solares comercializados no mercado são constituídos pelas seguintes camadas: vidro, EVA fotovoltaico, células solares, outra camada de EVA fotovoltaico e tedlar. O EVA fotovoltaico tem como função proteger as células de degradação causada pela exposição ao tempo que podem causar como ferrugem nos contatos. Isso é necessário, já que a ferrugem pode gerar caminhos para correntes indesejadas, criando perdas no painel. Para este painel, o uso do EVA fotovoltaico não seria viável, isto porque o EVA é um filme opaco que se torna translúcido ao ser fundido.

Para esse procedimento, no entanto, é necessário o uso de uma máquina para prensar o conjunto e fundir o filme, o que não estava disponível. Isso, no entanto pode contribuir negativamente para o tempo de vida útil do mesmo. Em seguida, construiu-se a moldura. Para isso optou-se por utilizar tubos de PVC, pela disponibilidade de conseguir este tipo de material em rejeitos de construção civil, contribuindo para a sustentabilidade do painel e diminuindo o custo, visto que os painéis convencionais são moldurados de alumínio que aumenta o valor de fabricação do painel.

Como o módulo ficará exposto à ação do tempo, com intuito de contornar este problema, aplicou-se uma camada de esmalte sintético no tubo de PVC, para permitir maior durabilidade. Há ainda outro problema a ser solucionado, que era impedir a entrada de umidade no módulo, que pode danificar as células e a solda, por isso utilizamos cola de silicone em torno na junção entre o vidro e a moldura.