Energia Solar Fotovoltaica

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1 Energia Solar Fotovoltaica Prof. Adriano Moehlecke e Profa. Izete Zanesco Centro Brasileiro para Desenvolvimento da Energia Solar Fotovoltaica Núcleo Tecnológico de Energia Solar - Faculdade de Física Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul

2 Sumário A. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA B. CÉLULAS E MÓDULOS FOTOVOLTAICOS C. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS D. PANORAMA MUNDIAL E. PANORAMA NACIONAL F. CENTRO BRASILEIRO PARA DESENVOLVIMENTO DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA (CB-SOLAR) G. NÚCLEO TECNOLÓGICO DE ENERGIA SOLAR H. PLANTA PILOTO DE PRODUÇÃO DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS COM TECNOLOGIA NACIONAL

3 Energia Solar Fotovoltaica - Conversão direta da energia solar em energia elétrica por meio de células solares. Energia limpa e renovável

4 Células e Módulos Fotovoltaicos Materiais e Tecnologias - Silício cristalino monocristalino, multicristalino, fitas, filmes - Silício amorfo - GaAs e compostos III-V - CdTe - CIS CuInSe 2 - Polímeros - Corantes

5 Células e Módulos Fotovoltaicos Módulo Fotovoltaico: Células Associadas Dispositivo com proteção a choques térmicos, mecânicos, ambientes salinos, umidade e alta durabilidade.

6 Células e Módulos Fotovoltaicos Módulo Fotovoltaico: Células Associadas Concentrador Convencional

7 Sistemas Autônomos Energia elétrica em residências e povoados isolados

8 Sistemas Conectados à Rede Atendem a população usuária da rede elétrica convencional

9 Panorama Mundial : produção de 4279 MW em módulos fotovoltaicos, crescimento de 69% Produção Mundial (MW) = cinco turbinas de Itaipu por ano A Photon International, 03/2008

10 Panorama Mundial - Tecnologias 100% 80% 37,4 34,6 36,4 32,2 36,2 38,3 43,4 42,2 Si-Mono Si-Multi CdTe Si-Amorfo CIS Si-Filmes 60% 40% 48,2 50,2 51,6 57,2 54,7 52,3 46,5 45,2 Silício 87,2% 20% 0% 0,3 0,5 9,6 8,9 0,7 1,1 4,7 6,4 4,5 1,1 1,6 2,7 0,2 0,2 0,2 0,6 4,4 4,7 4,7 5,2 4,3 5,6 4,6 4,4 0,4 3,3 0,2 2,9 2,6 0,2 2,3 0, Photon International, 03/2008

11 Panorama Mundial - Motivadores: poluição, aquecimento global, geração descentralizada, desenvolvimento industrial, tecnologias de exportação, empregos. Alemanha: MW instalados em % importados Hidrelétrica de Itá: 1450 MW

12 Panorama Mundial Célula 16% Europa 2006 US$0,25 / kwh 0,04 Silício 24% 0,06 0,05 0,02 0,08 Módulo 20% Conversor CC-CA 8% Instalação 32% Photon International, 04/2007

13 Panorama Mundial 13/06/ Incentivos de 122 milhões de euros na Espanha - 58,3% para novas empresas - Investimentos de 1 bilhão de euros La Gaceta de los Negócios, 13/06/2007

14 Panorama Mundial - CHINA: mercado interno e exportação

15 Panorama Mundial - CHINA: rápido crescimento Suntech: MW, US$18 milhões MW MW MW MW MW 5,5 bilhões de dólares Revista Exame, 12/ GW*

16 Panorama Nacional - 10 milhões de brasileiros sem energia elétrica. Sistemas Isolados BRASIL: 12 MW Ceará São Paulo PRODEEM: 45 sistemas Rio Grande do Sul

17 Panorama Nacional - Risco apagão : diversificar e descentralizar as fontes de energia. Sistemas Conectados à Rede Elétrica BRASIL: 80 kw São Paulo RS: 9 kw Porto Alegre

18 Panorama Nacional: P&D Silício cristalino: - PUCRS/UFRGS: 17%, Si-Cz - PUCRS: 16%, Si-Cz, metalização por serigrafia (industrial) - USP: 17%, Si-FZ e Si-Cz - UNICAMP: 16%, Si-Cz, 13% Si-Mc e 5% com Si grau solar Silício amorfo: USP, UNICAMP, 7% Silício policristalino: CETEC-MG CdS/CdTe: IME, 6%, primeiro módulo de CdS/Cu 2 S em 1985 Corantes: IQ/USP, UFC Orgânicos: UNICAMP: 1,5%, UFPE, UFPR

19 Panorama Nacional: Silício Silício 99% US$1,5/kg Silício 99,999999% US$50-60/kg Photon International, 05/2008

20 Centro Brasileiro para Desenvolvimento da Energia Solar Fotovoltaica (CB-Solar) Promover programas, projetos, pesquisa e desenvolvimento científico e tecnológico com vistas ao aproveitamento da energia solar para produzir energia elétrica e promover a capacitação de recursos humanos qualificados.

21 Núcleo Tecnológico de Energia Solar (NT-Solar) CÉLULAS SOLARES Dispositivos de Alta Eficiência Processos Pré-Industriais Células Solares Bifaciais MÓDULOS FOTOVOLTAICOS Processos Industriais para Módulos Desenho, Fabricação e Caracterização de Módulos Convencionais e Concentradores SISTEMAS FOTOVOLTAICOS Dimensionamento e Implementação Certificação/Etiquetagem dos Componentes

22 NT-Solar: Recursos humanos Três professores adjuntos Quatro funcionários (dois estudantes de doutorado, um estudante de mestrado e um mestre em engenharia) Nove estudantes de doutorado (engenheiros, físicos, matemáticos) Três estudantes de mestrado Quatro bolsistas de graduação Total: 23

23 NT-Solar: Infra-estrutura 210 m 2 de salas limpas

24 NT-Solar: Infra-estrutura 950 m 2 de laboratórios especializados

25 NT-Solar: Projetos 1. Produção de Módulos Fotovoltaicos com Tecnologia Nacional de Alta Eficiência: Implementação da Planta Pré-Industrial e Análise dos Resultados (CNPq) 2. Redução no Custo de Módulos Fotovoltaicos (CNPq) 3. Fabricação e Caracterização de Módulos Fotovoltaicos Concentradores Estáticos (CEEE-D) 4. Desenvolvimento de Células Solares Industriais em Substratos de Silício Multicristalino (CEEE-D) 5. Desenvolvimento e Caracterização de um Forno para Processamento de Células Solares (FINEP) 6. Implementação de Duas Unidades Geradoras de Energia Elétrica com Módulos Fotovoltaicos Eficientes (MME) 7. Planta Piloto de Produção de Módulos Fotovoltaicos com Tecnologia Nacional (FINEP, PETROBRAS, CEEE-GT e ELETROSUL)

26 Planta-Piloto de Produção de Módulos Fotovoltaicos - Implantação de uma planta piloto para fabricação de módulos fotovoltaicos com tecnologia nacional competitiva; - Transferência da tecnologia desenvolvida pelos pesquisadores da PUCRS para linha pré-industrial; - Formação de recursos humanos; - Investimentos externos de R$ ,00. Governo Governo Empresas Empresas Universidades Universidades EmpresasFinanciadores Líderes Empresas Líderes

27 Planta-Piloto de Produção de Módulos Fotovoltaicos Inovações - Tecnologia: alta eficiência com insumos de baixo custo - Ambiente: processos industriais desenvolvidos na universidade - Gerenciamento: comitê gestor Início do projeto: 2005 Início da produção: 2006

28 Planta-Piloto de Produção de Módulos Fotovoltaicos Processo simples (n + pn + ) Resultados Processo com maior n de etapas (n + pp + ) Células solares (8 cm x 8 cm) Eficiência = 13,4 % Eficiência = 15,6 % - Eficiência média mundial de células industriais: 14 % - Melhor eficiência em células industrias competitivas: 16 %

29 Planta-Piloto de Produção de Módulos Fotovoltaicos Resultados Análise da produção Número de Células Solares Eficiência (%) Módulos fotovoltaicos

30 Planta-Piloto de Produção de Módulos Fotovoltaicos Próximos Passos - Finalizar planilha de custos e fabricar 200 módulos fotovoltaicos - Preparar plano de negócios - Negociar com investidores para instalar uma fábrica de células solares e módulos fotovoltaicos Laboratório Planta Piloto Plano de Negócios Indústria Investidores atuais (P&D) Novos investidores

31 FIM