Eficiência da Geração Fotovoltaica: Importa ou Não?

Publicado originalmente no Linkedin.

Uma das maiores reclamações em relação à energia fotovoltaica é sobre sua eficiência. “Ah, mas eu li que é muito baixa, de 15%, em média”. De fato, existe uma limitação física que impede que a célula fotovoltaica atinja elevada eficiência. 

Eficiencia fotovoltaica

O limite teórico (conhecido como limite Shockley–Queisser) de uma célula fotovoltaica com uma única junção é de 33,7%. No entanto, esse valor não pode ser atingido na prática. Considerando as diversas perdas inerentes aos materiais utilizados na fabricação, estima-se que seja factível produzir um módulo de silício com eficiência máxima de 25% (1). Por outro lado, através de células multijunção com concentração é possível atingir em laboratório, atualmente, pouco mais de 45% de eficiência (2). No entanto, na prática dificilmente teremos um módulo comercialmente disponível com essa eficiência. Ou seja, a eficiência de um módulo fotovoltaico será sempre baixa, quando comparada à de uma hidrelétrica ou à de uma termelétrica em ciclo combinado, por exemplo.

 

A questão é: toda essa preocupação com a eficiência realmente faz sentido?

Se o recurso (energia solar) é infinito e gratuito (ao contrário do utilizado em uma termelétrica convencional), e se os módulos são vendidos de acordo com sua potência (geram a mesma quantidade de energia, independente da eficiência), qual a importância da eficiência? A principal consequência de se utilizar um módulo com menor eficiência é a necessidade de uma maior área para gerar a mesma energia. Para algumas aplicações específicas, como o uso integrado a automóveis e eletrônicos, por exemplo, esse parece ser um aspecto relevante. Mas do ponto de vista do atendimento elétrico nacional, esse é um entrave? Bem, alguns estudos da EPE (3, 4) mostram que tanto para a geração centralizada quanto para a geração distribuída, a área não é um fator limitante. No setor residencial, por exemplo, se fossem ocupados apenas 30% dos telhados de cada casa com módulos de 16% de eficiência, seria possível gerar 2,3 vezes o consumo do próprio setor.

No entanto, por mais que pareçam pouco relevantes os incrementos marginais de eficiência conquistados pela indústria fotovoltaica, é preciso entender os desdobramentos a partir do seu aumento.

Primeiramente, sob a perspectiva da célula em si, o aumento da eficiência se traduz em menor quantidade de material semicondutor necessária para gerar a mesma quantidade de energia. Reduz-se a área, reduz-se a espessura, e, portanto, reduz-se o custo de produção, em $/Wp. E essa lógica é refletida para toda a cadeia dos sistemas fotovoltaicos. Com células menores, a quantidade de material utilizada na confecção dos módulos (vidro, moldura,backsheet, encapsulante, etc.) também é reduzida. Agora, pense numa planta de geração: menor área = menor número de módulos para instalar, menos peso para carregar, menos estruturas para serem montadas, etc. Isso tudo resulta numa redução de custos. Como exemplo, estima-se que ao aumentar a eficiência fotovoltaica de 15% para 20%, ceteris paribus, diminui-se em 25% o custo da célula, os gastos com instalação e com limpeza dos módulos, em $/Wp (5).

Portanto, a eficiência das células fotovoltaicas em si não tem grande importância, mas a redução de custos proporcionada pelo seu aumento é de extrema relevância para que a energia fotovoltaica se torne mais competitiva e acessível nos próximos anos.

Referências:

  1. Fraunhofer ISE. Current and Future Cost of Photovoltaics. Long-term Scenarios for Market Development, System Prices and LCOE of Utility-Scale PV Systems. Study on behalf of Agora Energiewende. 2015
  2. NREL. Best Research-Cell Efficiency. Acessado em 27/08/2015
  3. EPE. NT DEA 19/14 Inserção da Geração Fotovoltaica Distribuída no Brasil – Condicionantes e Impactos. 2014.
  4. EPE. Potencial dos Recursos Energéticos no horizonte de 2050. 2015
  5. Steven Byrnes. The Shockley-Queisser Limit and its Discontents. Apresentação em 19 de Fevereiro de 2015.

Fonte: Gabriel Konzen


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