Avanços recentes na tecnologia de painéis solares

A energia fotovoltaica é dividida em três gerações e dividida em diferentes subtipos com base nas propriedades do material. A primeira e a segunda gerações de células apresentam problemas relacionados aos altos custos de produção e menor eficiência.

Dr. Raj Shah, Sra. Salowa Siddique, Sra. Mrinaleni Das | Instrumentos Koehler

Desde o início da Revolução Industrial, os gases com efeito de estufa têm aumentado rapidamente devido às emissões fósseis de dióxido de carbono. Em 2020, a China, a Índia, os Estados Unidos, o Japão e outras economias emergentes continuaram a ser os maiores emissores mundiais de dióxido de carbono. Juntos, eles representam 49,5% da população, 61,8% do Produto Interno Bruto global, 65,2% do consumo global total de combustíveis fósseis (BP, 2021(3)) e 66,7% do total global de emissões de dióxido de carbono fóssil [1]. Com a crescente sensibilização para as alterações climáticas, aumentou a importância da transição para fontes de energia mais limpas e sustentáveis. Além de ter combinações de benefícios económicos, ambientais e sociais, a energia solar não emite gases com efeito de estufa nem subprodutos nocivos, o que a torna mais exigível. A energia solar parece muito mais viável do que as muitas opções de energia renovável disponíveis devido à sua abundância, variabilidade regional, fornecimento contínuo de energia, redução das emissões de dióxido de carbono e menor custo de geração de energia [1]. Assim, houve um aumento no mercado da indústria de energia solar.

Ao longo dos anos, avanços foram feitos na tecnologia de energia solar. As melhorias e a adaptação generalizada significam que a energia solar é mais barata e mais eficiente. Cerca de 4% de toda a produção de energia nos Estados Unidos provém da energia solar, quase 80 vezes mais do que há uma década. É responsável por 54% de toda a nova capacidade de geração. Como resultado, a indústria solar estabeleceu uma meta de atingir 30% de toda a geração de energia até 2030 [2]. Atualmente, os EUA são o segundo maior produtor mundial de energia solar, com capacidade instalada de 108,7 GWdc (2021). Desde 2008, a capacidade de produção de energia solar cresceu de 0,34 para 62,4 GWdc, mostrando um aumento de 75 vezes em menos de uma década [3]. Os Estados Unidos estão emergindo como um produtor líder de energia solar e este artigo discute as perspectivas futuras do futuro mercado solar com base em estatísticas recentes. Este artigo também lança luz sobre a crescente importância da energia solar e de alcançar zero emissões líquidas até 2050. Os Estados Unidos são categorizados em cinco níveis com base em seu potencial solar usando um processo de hierarquia analítica e análise de regressão [3]. A Figura 1 mostra o mix energético nos Estados Unidos a partir de 2019 e pode-se observar que os combustíveis fósseis permaneceram dominantes. No entanto, as projeções mostram que a energia solar será responsável por 48% da geração de energia renovável em 2050, em comparação com os atuais 9% [3].

Figura 1: Fontes de energia primária nos EUA (2019) [3].

A energia fotovoltaica tornou-se um dos principais contribuintes para a transição energética em curso, mas são necessárias muitas melhorias para alcançar uma maior eficiência e reduzir as perdas ópticas, quânticas e eléctricas das células solares. A redução de perdas de qualquer tipo requer métodos diferentes, muitas vezes avançados, de fabricação de células e produção de módulos fotovoltaicos. A energia fotovoltaica é dividida em três gerações e dividida em diferentes subtipos com base nas propriedades do material. A primeira e a segunda gerações de células apresentam problemas relacionados aos altos custos de produção e menor eficiência. Por exemplo, as células solares monocristalinas da primeira geração são relativamente mais caras que as policristalinas. E uma grande deficiência das células fotovoltaicas de silício amorfo é que, em laboratórios, a eficiência máxima alcançada é de cerca de 12%. O valor degrada-se em grande parte numa escala comercial que está entre 4 a 6% [4]. Tem havido muita atenção nas células de terceira geração, que incluem células solares sensibilizadas por corantes e as tendências de eficiência mostram que a eficiência aumentará nos próximos anos.

Células solares sensibilizadas por corante (DSSCs): DSSCs são uma subclasse de células solares de película fina e uma ótima alternativa às células solares de silício devido ao seu processo de produção menos complicado e não prejudicam aplicações urbanas ou outras aplicações comerciais. Ele pode coletar luz com eficiência, reduzir reações de recombinação, melhorar a capacidade de transporte de carga e aumentar a captação de corante. Um diagrama esquemático de um DSSC é mostrado abaixo na Figura 2.