Incentivo às indústrias de purificação de silício para fabricação mais limpa de módulos fotovoltaicos

A utilização da energia solar para produção de energia elétrica surgiu a pouco mais de 160 anos. Em 1839, Edmond Becquerel, um cientista francês, descobriu o efeito fotovoltaico observando suas experiências eletrolíticas. Contudo, a produção em nível industrial da tecnologia fotovoltaica foi somente iniciada em 1956 com a corrida espacial e mais impulsionada em 1973 com a crise do petróleo. Após isso, houve um rápido desenvolvimento da tecnologia. Em 2015, houve uma produção global de células fotovoltaicas entre 56 GW a 61 GW com aumento em 2016 entre 65-76 GW mostrando o rápido crescimento e produção dos componentes fotovoltaicos.

Dentre as várias tecnologias existentes na área de energia solar, os módulos fotovoltaicos se destacam em 80% das vendas realizadas no ramo do silício policristalino, completado com 20% das vendas de silício amorfo. Para a utilização do silício no sistema fotovoltaico, é necessário que este elemento atinja um grau altíssimo de pureza, para alcançar uma qualidade de purificação conhecido como Silício Grau Solar (SiGS) com 99,99% de pureza, necessário para condução de energia elétrica. A partir do silício de grau solar, são confeccionados os lingotes e wafers, células e módulos.

Os sistemas fotovoltaicos utilizam basicamente dois tipos de células, a célula mono cristalina e a policristalina, o que as diferenciam é o modo de produção do wafer de silício conhecido como formato de “bolacha”. O wafer é gerado através da produção do lingote. O processo de produção do lingote é criado a partir de uma semente de silício fixada à uma haste central. Esta haste é tracionada enquanto o silício gira e fica fundido à semente, desta forma, o formato final do wafer é um disco.

A matéria-prima da célula fotovoltaica é o silício cristalino. Dentre os tipos de silício existentes, há três tipos de silício que são utilizados na produção de uma célula fotovoltaica, o silício mono cristalino, o silício policristalino e o silício amorfo. A célula monocristalina é obtida através de barras cilíndricas (wafer) onde são produzidas em fornos adequados. Ela possui uma eficiência maior quando comparada aos outros tipos de tecnologias fotovoltaicas existentes.

A célula policristalina é produzida a partir de pedaços de silício, onde estes são obtidos por moldes especiais e moldados a partir da fusão. Devido à junção de vários pedaços, os átomos de silício não se organizam em um único cristal, criando-se assim uma célula com várias superfícies. A eficiência do módulo decresce um pouco devido a esse processo. As células mono e policristalina são estruturas rígidas. Já as células de silício amorfo é maleável, e pode se adequar a arquitetura do local de instalação. Essas células são obtidas a partir da decomposição de camadas bastante finas de silício. Sua eficiência é a menor dentre as células de poli e mono cristalino.

O Brasil possui uma ampla reserva de matéria-prima, mas o silício de grau solar é vendido para empresas estrangeiras realizarem a purificação do silício. Após a purificação, o silício é comprado de volta agregando um valor muito alto ao produto. Se houvesse empresas de purificação de silício no Brasil, todo o processo produtivo poderia ser feito em solo nacional e assim reduziria bastante os custos e os impactos ambientais.

A tecnologia fotovoltaica tem tudo para crescer no mercado e estar presente na matriz energética brasileira, o que ajudará a diminuir a utilização de fontes poluidoras e tornará a utilização de energia mais sustentável. No entanto, para mitigar as emissões poluentes, deve ser proposto o uso de materiais que possam substituir os principais compostos que influenciam nos impactos ambientais. Tornando a tecnologia fotovoltaica mais limpa desde o início da sua fabricação.

As informações acima foram extraídas da dissertação de mestrado , defendida por Adriana de Souza Oliveira, ao departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Tecnologia da Universidade de Brasília, sob orientação da professora Sandra Maria da Luz.