O que são painéis solares de película fina

1. O que são painéis solares de película fina?

Ao contrário das células solares de primeira geração feitas de silício monocristalino ou multicristalino, os painéis solares de película fina são fabricados usando uma ou múltiplas camadas de elementos fotovoltaicos sobre uma superfície composta por uma variedade de vidro, plástico ou metal para converter luz solar em eletricidade. E os mais comumente usados ​​​​para tecnologia solar de película fina são telureto de cádmio (CdTe), seleneto de cobre, índio e gálio (CIGS), silício amorfo (a-Si) e arsenieto de gálio (GaAs).

2 A estrutura dos painéis solares de película fina

Os painéis solares de película fina consistem em um grande número de células solares de película fina e utilizam a energia luminosa (fótons) do Sol para gerar eletricidade através do efeito fotovoltaico. Inclui também camadas, folha traseira e caixa de junção, todas trabalhando juntas para garantir o funcionamento normal dos painéis solares.

O que são células solares de película fina?

As células solares de película fina são dispositivos eletrônicos que convertem a luz solar em energia elétrica pelo efeito fotovoltaico. As células de película fina tendem a usar muito menos material - a área ativa da célula geralmente tem apenas 1 a 10 micrômetros de espessura. Além disso, as células de película fina geralmente podem ser fabricadas em um processo de grande área, que pode ser um processo de produção automatizado e contínuo.

Além do mais, os painéis solares de película fina usam uma fina camada de um óxido condutor transparente, como o óxido de estanho, para funcionar. Enquanto as células de película fina são feitas de muitos grãos cristalinos minúsculos de materiais semicondutores para criar melhor o campo elétrico com uma interface, chamada heterojunção. Geralmente, esse tipo de dispositivo de película fina pode ser feito como uma unidade única - isto é, monoliticamente - com camada após camada sendo depositada sequencialmente em algum substrato, incluindo a deposição de um revestimento anti-reflexo e óxido condutor transparente.

O que são camadas?

Normalmente, o painel solar de película fina tem uma camada muito fina (menos de 0,1 mícron) na parte superior, chamada camada de "janela", para absorver a energia luminosa apenas da extremidade de alta energia do espectro. Deve ser fino o suficiente e ter um bandgap amplo o suficiente (2,8 eV ou mais) para deixar toda a luz disponível passar pela interface (heterojunção) até a camada absorvente. A camada absorvente sob a janela, geralmente dopada do tipo p, é equipada com alta absortividade (capacidade de absorver fótons) para alta corrente e um intervalo de banda adequado para fornecer uma boa tensão.

O que é folha traseira?

Como um polímero ou uma combinação de polímeros com vários aditivos, a folha traseira é projetada para fornecer uma barreira entre as células solares e o ambiente externo. Pelo que podemos ver que a folha traseira é um componente crítico na durabilidade, eficiência e longevidade de um painel solar.

O que é caixa de junção?

Como um invólucro elétrico usado para abrigar e proteger conexões elétricas, a caixa de junção é especialmente projetada para fornecer um ambiente seguro para conexões elétricas, de modo a evitar contato acidental com fios energizados e para simplificar futuras manutenções ou reparos. Normalmente, uma caixa de junção fotovoltaica é fixada na parte traseira do painel solar e funciona como interface de saída. As conexões externas para a maioria dos módulos fotovoltaicos usam conectores MC4 para facilitar conexões à prova de intempéries com o resto do sistema. Uma interface de alimentação USB também pode ser usada.

3 A história do desenvolvimento de painéis solares de película fina

A história dos painéis solares de película fina remonta à década de 1970, quando os pesquisadores começaram sua primeira exploração sobre o uso de película fina (a-Si) de semicondutores para aproveitar a energia solar, naquela época o interesse na tecnologia de película fina para uso comercial e aplicações aeroespaciais promovem o desenvolvimento de dispositivos solares de película fina de silício amorfo.

Na década de 1980, os avanços na tecnologia facilitaram a expansão dos materiais de película fina existentes em novos, como o telureto de cádmio (CdTe) e o seleneto de cobre, índio e gálio (CIGS), que apresentam maior eficiência de conversão e menores custos de produção.

As décadas de 1990 e 2000 foram uma época de avanços significativos na exploração de novos materiais solares de terceira geração – materiais com potencial para superar os limites teóricos de eficiência para materiais tradicionais de estado sólido. Muitos novos produtos, como células solares sensibilizadas por corantes e células solares de pontos quânticos, foram desenvolvidos.

Na década de 2010 e no início da década de 2020, a inovação na tecnologia solar de película fina incluiu esforços para expandir a tecnologia solar de terceira geração para novas aplicações e para diminuir os custos de produção. Em 2004, o Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) alcançou uma eficiência recorde mundial de 19,9% para um módulo de película fina CIGS. Em 2022, células solares orgânicas flexíveis de película fina foram integradas ao tecido.

Hoje em dia, as células solares orgânicas flexíveis de película fina integradas nas fabricações tornam-nas uma escolha melhor do que os painéis de silício tradicionais. E a tecnologia de película fina capturou aproximadamente 19% do total dos EUA. participação de mercado no mesmo ano, incluindo 30% da produção em escala de utilidade.

4.Os tipos de painéis solares

Existem vários tipos de materiais utilizados para a fabricação de células solares de película fina, com base em suas matérias-primas, elas podem ser divididas em quatro tipos 

l Painéis de película fina de telureto de cádmio (CdTe) são um tipo de painel solar que usa uma fina camada de telureto de cádmio depositado em um material de substrato, como vidro ou aço inoxidável, como material semicondutor. Além de leves e fáceis de instalar, eles também possuem alta produção de energia em condições de pouca luz, o que significa que podem gerar eletricidade mesmo em tempo nublado ou nublado. Estima-se que os painéis solares de película fina de CdTe atingiram uma eficiência de 19% sob Condições de Teste Padrão (STC), mas as células solares individuais alcançaram eficiências de 22,1%. No entanto, existem algumas preocupações sobre a toxicidade do cádmio, uma vez que é um metal pesado que pode causar danos ambientais se não for eliminado de forma adequada.

l Painéis de película fina de seleneto de cobre, índio e gálio (CIGS) são fabricados colocando uma camada de eletrodo de molibdênio (Mo) sobre o substrato por meio de um processo de pulverização catódica Em comparação com outras tecnologias fotovoltaicas, elas apresentam alta eficiência e podem atingir uma eficiência teórica de 33% no futuro. Além disso, são menos propensos a rachar ou quebrar e são fáceis de operar. No entanto, apesar destas vantagens, o custo é relativamente mais caro do que para outras tecnologias, o que pode dificultar o seu desenvolvimento.

l Painéis de filme fino de silício amorfo (a-Si) são fabricados processando placas de vidro ou substratos flexíveis, juntamente com uma configuração pin ou nip. As vantagens dos painéis de película fina a-Si incluem sua flexibilidade e construção leve, o que os torna ideais para uso em aplicações portáteis, como camping ou alimentação de sensores remotos. No entanto, como o vidro condutor para esses painéis é caro e o processo é lento, seu preço é relativamente caro, de quase US$ 0,69/W.

l Os painéis de película fina de arsenieto de gálio (GaAs) são mais complexos do que as células solares de película fina normais do processo de fabricação. Vale ressaltar que alcançam altas eficiências de até 39,2% e são mais resistentes ao calor e à umidade. No entanto, o tempo de fabricação, o custo dos materiais e os materiais de alto crescimento tornam-no uma escolha menos viável.

5.As aplicações de painéis solares de película fina

Como uma classe emergente de alternativas à energia fotovoltaica de silício, os painéis solares de película fina são usados ​​principalmente nos seguintes campos.

l Energia Fotovoltaica Integrada em Edifícios (BIPV)

Como os painéis fotovoltaicos de película fina podem ser até 90% mais leves que os painéis de silício, uma aplicação que está começando a se tornar amplamente popular em todo o mundo é o BIPV, onde os painéis solares são fixados em telhas, janelas, estruturas fracas e assim por diante. Adicionalmente,  alguns tipos de filme fino fotovoltaico podem ser semitransparentes, o que ajuda a manter a estética de casas e edifícios, ao mesmo tempo que permite a possibilidade de geração de energia solar.

l Aplicações espaciais

Devido às vantagens de serem leves, altamente eficientes, uma ampla faixa de temperatura de operação e até mesmo a resistência a danos contra radiação, os painéis solares de película fina, especialmente os painéis solares CIGS e GaAs, têm sido ideais para aplicações espaciais.

l Veículos e aplicações marítimas

Uma aplicação comum de painéis solares de película fina é a instalação de módulos fotovoltaicos flexíveis em tetos de veículos (especialmente trailers ou ônibus) e no convés de barcos e outras embarcações, que podem ser usados ​​para fornecer eletricidade e, ao mesmo tempo, manter a estética.

l Aplicativos portáteis

Sua portabilidade e tamanho proporcionaram-lhe um desenvolvimento sustentável no setor de pequenos eletrônicos autoalimentados e de Internet das Coisas (IoT), que deverá crescer substancialmente nos próximos anos. E com o seu avanço, pode ser ainda aplicado em locais remotos com painéis solares dobráveis, bancos de energia solar, laptops movidos a energia solar e assim por diante.

6.As tendências de desenvolvimento de painéis solares de película fina

Com a crescente aceitação da energia solar em todo o mundo, a implementação de restrições energéticas rigorosas e os crescentes esforços governamentais para integrar fontes verdes na rede, espera-se que os painéis solares de película fina atinjam cerca de 27,11 mil milhões de dólares até 2030, com um CAGR notável de 8,29% a partir de 2030. 2022 para 2030 O aumento é impulsionado por suas vantagens e R&D, por serem extremamente econômicos e de fácil criação, utilizam menos material e produzem menos resíduos. E o R&D para melhorar a resistência e o desempenho das células solares também criará novas oportunidades para o crescimento do mercado.

No entanto, as oportunidades vêm acompanhadas de desafios. Os elevados níveis de concorrência, um ambiente regulamentar em mudança, bem como a disponibilidade de finanças e recursos escassos significam que, actualmente, poderão não conseguir obter uma fatia considerável da quota de mercado global.

7 A análise de investimento de painéis solares de película fina

O mercado de células solares de película fina parece se desenvolver nos últimos anos, impulsionado por vários fatores.

l Análise do tipo de produto

Em 2018, o CdTe produziu eletricidade a um preço significativamente inferior ou equivalente ao das fontes de energia convencionais de combustíveis fósseis. Devido aos seus custos de operação e produção baratos e não tóxicos, atualmente a categoria de telureto de cádmio dominou o mercado mundial de células solares de película fina, e prevê-se que continuará a crescer no ritmo mais rápido durante todo o período de previsão.

l Análise do usuário final

O crescente desenvolvimento e pesquisa para reduzir os custos de instalação e manutenção pode aumentar as necessidades dos consumidores. Em 2022, o mercado de serviços públicos dominou o mercado mundial de células solares de película fina e prevê-se que continuaria a se desenvolver no ritmo mais rápido durante todo o período de previsão. . Como os painéis solares de película fina se degradam a um ritmo muito mais lento, eles oferecem uma alternativa potencial aos tradicionais painéis solares c-Si.

lAnálise Regional

A Ásia-Pacífico foi a maior região do mundo em células solares de película fina em 2022, e prevê-se que continuará a expandir-se ao ritmo mais elevado, o que é impulsionado por muitos factores. Por exemplo, sendo o maior mercado de energia solar fotovoltaica do mundo, a China aumentará a meta para energias renováveis ​​de 20% para 35% até 2030. E as instalações solares fotovoltaicas em grande escala na China empregam principalmente tecnologia de película fina. Além disso, o Japão também declarou a sua intenção de utilizar apenas energia sustentável no futuro.

8 Coisas a considerar para painéis solares de película fina de alta qualidade

Na hora de comprar painéis solares, não só o preço e a qualidade devem ser considerados, mas também outros fatores devem ser levados em consideração.

l Eficiência: A alta eficiência pode converter mais energia do sol em eletricidade. Geralmente, ter uma concentração mais alta de portadores de carga pode aumentar a eficiência da célula solar, aumentando a condutividade. A adição de um concentrador a uma célula solar não só ajuda a aumentar a eficiência, mas também pode reduzir o espaço, os materiais e os custos necessários para produzir a célula.

l Durabilidade e vida útil: Alguns módulos de película fina também apresentam problemas de degradação sob diversas condições. Dentre todos os materiais, o CdTe apresenta a melhor resistência à degradação do desempenho com a temperatura. E, diferentemente de outros materiais de película fina, o CdTe tende a ser bastante resistente às condições ambientais, como temperatura e umidade, mas os painéis flexíveis de CdTe podem sofrer degradação de desempenho sob tensões ou deformações aplicadas.

euPeso: Refere-se à densidade do painel solar de película fina. Em geral, os painéis solares de película fina têm peso leve, então você não deve ter medo de aplicar peso morto em seu telhado. Porém, o peso ainda precisa ser considerado na hora de selecionar para garantir que não ficará sobrecarregado na instalação.

euTemperatura: Isto significa a temperatura mínima e máxima em que o painel solar Thin Film pode funcionar. Em geral, considera-se que todos os melhores painéis solares de película fina têm uma temperatura mínima de -40°C e uma temperatura máxima de 80°C.