Como funciona o painel solar fotovoltaico e do que é feito?
Um painel solar, é composto de um conjunto de células fotovoltaicas de silício, geralmente os módulos comerciais são compostos por 36 células, 60 células ou 72 células.
As células de silício são montadas geralmente em série, para somar a pequena tensão de ~0,55V em combinação para alcançar a tensão necessária em uma placa, que geralmente são de 18Volts, 30 Volts ou 36Volts conforme a necessidade do módulo.
O importante é saber que comercialmente, quase a totalidade dos módulos são montados em série para soma das tensões de cada célula com o objetivo de obter uma tensão maior no conjunto fotovoltaico. Assim o número de células determina a tensão fornecida pelos painéis solares na maioria dos casos.
Os painéis solares, geram a energia elétrica através do efeito fotovoltaico, que ocorre quando um fóton de luz incide sobre o silício da célula solar, isso contribui com a diferença de potencial gerando uma tensão e por consequência a produção corrente elétrica.
Como são fabricados os painéis solares:
Vamos falar um pouco dos componentes dos painéis solares, depois o processo industrial e suas características técnicas.
Silício
O principal componente dos painéis solares são as células de silício, que é a parte ativa dos painéis solares, ou seja, onde realmente a energia elétrica é produzida.
O silício é um semicondutor, ou seja, este entre ser condutor e um não condutor, e essa é uma das características que os cientistas aproveitaram para produzir energia.
O silício é muito abundante no Brasil, na forma de quartzo, que são aquelas pedras brancas que vemos as vezes na superfície do solo e em algumas região do brasil é usado na construção civil.
Na verdade é um dos materiais mais abundante no solo, na forma de areia.
O Silício após um processo industrial de purificação, são produzidos grandes lingotes de silício purificado de 99.9999% ou superior. Esses lingotes são cortados com fios diamantados em finas laminas ou “wafers” que chamamos de células fotovoltaicas.
Células de Silício Purificado 99.9999
As células de silício puro chamadas Wafers, são em seguida dopadas, ou seja, contaminadas de forma controlada com Boro para formar lado tipo P, ou seja, com portadores de carga positiva e o outro lado da célula é dopada com fosforo para formar o lado tipo N, ou portador de carga negativa.
Assim, temos o lado superior da célula com fosforo formando o polo negativo e o lado oposto com Boro formando o polo positivo da célula.
Após a dopagem, essas células recebem os circuitos impressos com prata, aumentando a capacidade de coletar eletricidade da célula.
Essas linhas muito finas, formam uma grade de circuito por cima da célula, que também é utilizada mais tarde para solda das “tabwires”, que são finas fitas de cobres soldadas sobre as células para formar uma série de células, ou mais conhecida como string. Na parte de baixo, da célula também há impressão de trilhas com prata para a posterior soldagem das tabwires.
Após finalizadas as células, essas são classificadas, conforme suas características e separadas por grade, sendo a melhor a grade “A” que é uma célula sem defeito e de qualidade ótima, depois vem as demais classificações, que são “B” e por aí vai, cada classificação considera uma aceitação de defeitos como um quebradiço, manchas etc.
As características de grade são importantes indicadores da vida útil dessas células e da sua eficiência de conversão da luz solar.
A recomendação é que se faça a opção por células de grade “A”, mais tarde façamos um artigo para tratar de grades de células solares.
Tabwires e busbar
As tabwires e busbar são finas fitas de cobre cobertas por uma fina camada de estanho, essas fitas são utilizadas para interligar uma célula a outra conduzindo eletricidade.
As células mais atuais, recebem 4 ou mais fitas “tabwires” em cada face da célula, essas fitas por sua vez se liga a célula seguinte, formando a string de células.
As placas de 72 células atuais, possuem geralmente 6 strings de 12 células, essas strings são interligadas por sua vez pelas “busbar” que é uma fita mais larga.
As busbar além de fazer a interligação das strings de células, também são utilizadas para conduzir a eletricidade até a caixa de junção do módulo solar. Falaremos mais ao final da caixa de junção.
O Sanduwich de Vidro, EVA, TPT
Após montada a string de células do módulo solar, essas células são encapsuladas na forma de sanduiche, com a seguinte montagem: Vidro+Eva+Células+Eva+PTP
Vidro: O vidro é geralmente temperado, com alguns modelos feitos de outros materiais transparente, mas os modelos comerciais de maior porte são feitos de vidro.
O Vidro utilizado geralmente é temperado de alta transparência livre de ferro, ou seja, deve ser um vidro o mais transparente possível, com antirreflexo e ainda que resistente e mais fino o possível.
A ideia é que o vidro permita passar a maior quantidade de luz possível. Os modelos de painéis, não recebem ferro na sua produção, e quando há, essa quantidade deve ser limitada.
Eva: O Eva, é um filme plástico que reage ao calor se transformando em uma resina, sua finalidade no módulo é dar consistência ao conjunto de células, unindo ao vidro e ao mesmo tempo protegendo do contato direto com o vidro e a parte de baixo do painel que é o filme de TPT.
A folha de EVA envolve as células em ambos os lados e após o aquecimento se transforma em uma resina que envolve todo o conjunto de célula com alta transparência.
TPT: O TPT é um filme plástico, muito resistente, tem a função de proteger a parte traseira do painel solar, e sobre ele é fixada a caixa de junção do painel solar.
Depois, do sanduiche montado é aplicado um váculo, este vácuo tem a finalidade de remover todo o ar, para que quando o painel for estiver “curado” não apresente bolhas no EVA.
Durante o vácuo, o painel solar é aquecido em uma laminadora autoclave, esse processo “derrete” o EVA e transforma as partes do sandwich em um único conjunto.
Caixa de Junção
A Caixa de junção tem a finalidade de proteger o módulo contra a corrente reversa através de diodos e facilitar a saída dos cabos condutores dos painéis solares.
Após o módulo já laminado, a caixa de junção é presa atrás da placa e os “busbar” são conectados nos bornes da caixa de junção.
Na caixa de junção, estão instalados os diodos, que não permitem a corrente reversa, que pode ocorrer a noite ou em sombreamentos. Desta forma evita se por exemplo que as placas durante a noite funcionem ao contrário, consumindo carga e descarregue a energia armazenada em baterias, ou ainda devido a um sombreamento durante o dia “consuma” a energia de outras placas.
Resumindo, a caixa de junção protege a placa e o sistema de correntes reversas, o que poderia consumir energia e no pior dos casos danificar o módulo ou ainda gerar um aquecimento ou ainda um incêndio.
Conectores MC4
A Caixa de junção tem ainda em suas saídas um par de cabos fotovolltaicos, com dupla isolação e proteção UV, que é resistente as interpéries e a luz do sol.
Nas extremidades dos cabos, há um conector terminal conhecido como MC4 o conector tem a finalidade de interligar uma placa em outra ou ainda fazer a conexão para utilizar a energia dos painéis.
Os conectores são de plástico resistente com proteção UV, e permite o encaixe rápido e protegido contra chuva ou umidade.
Ao utilizar MC4 é importante utilizar de fabricantes confiáveis, pois é um componente critico, e um produto de baixa qualidade traz riscos ao sistema.
Testes do conjunto já montado
Após a montagem da caixa de junção o módulo é testado integralmente, e suas características de tensão e corrente e outras variáveis são auferidas, classificado e após atestada a qualidade de produção vai para encaixilhar com os perfis de alumínio.
Quadro de alumínio
Um dos últimos componentes, é o quadro de alumínio, que encaixilha o painel e tem a finalidade de proteger as extremidades, dar resistência ao conjunto e ainda permitir a fixação dos módulos através das furações ou por meio de clips.
