O que é e como funciona o vidro fotovoltaico
O vidro fotovoltaico é uma tecnologia de uso da energia solar para geração elétrica, assim como os painéis solares convencionais, mas que utiliza células semitransparentes e se assemelha bastante a um vidro comum, podendo ser utilizado de forma quase imperceptível em projetos de fotovoltaica integrada à construção (BIPV).
Nesta página, o Portal Solar te mostra todas as informações sobre o vidro solar fotovoltaico para que você conheça esta nova tecnologia no mercado.
Confira!
Vidro solar fotovoltaico: o que é e como funciona
Composto por lâminas de células solares semitransparentes, o vidro fotovoltaico é uma tecnologia que se assemelha a um vidro comum, porém é capaz de gerar energia elétrica a partir da luz do sol por meio do efeito fotovoltaico, da mesma forma como acontece em painéis solares tradicionais.
Em uma placa solar comum, as células fotovoltaicas são dispostas sobre um backsheet e encobertas por um vidro temperado, a luz chega até elas, mas não passa pela placa. No vidro fotovoltaico, as células são semitransparentes e aplicadas diretamente ao material, parte da luz é captada e o restante atravessa o vidro.
Dessa forma, o vidro solar consegue empregar a geração elétrica pelo efeito fotovoltaico sem perder a transparência que se espera deste tipo de material, podendo ser utilizado como alternativa aos vidros comuns de construções, veículos e até de celulares para agregar economia, eficiência e sustentabilidade com uma geração de energia limpa.
Essa transparência do vidro fotovoltaico é resultado do uso de diferentes tipos de células solares, todas distintas das células de silício cristalizado (C-Si) empregadas nos painéis fotovoltaicos tradicionais, mas que também utilizam materiais semicondutores para realizar o efeito fotovoltaico.
Alguns dos tipos de células fotovoltaicas empregadas no vidro solar são:
Células de filme fino (thin film)
Surgida nos anos 90, a tecnologia de células de filme fino utiliza uma variedade de semicondutores que são aplicados sobre diferentes tipos de substratos (base), como metal, vidro e plástico, o que lhes confere flexibilidade e transparência.
Alguns dos materiais semicondutores empregados em células de filme fino são: o silício amorfo (a-Si), o disseleneto de cobre índio e gálio (CIGS) e o telureto de cádmio (CdTe).
Células solares orgânicas (OPV):
As células solares orgânicas (OPV) são fabricadas com polímeros orgânicos conjugados, que apresentam propriedades elétricas e ópticas similares aos metais e aos semicondutores, e apresentam também as vantagens de serem flexíveis e semitransparentes.
No entanto, apesar dessas vantagens, as células orgânicas e de filme fino possuem eficiência muito inferior à de células fotovoltaicas de silício cristalino, além de custos mais altos na sua fabricação, motivos pelos quais não ganharam espaço significativo no mercado de painéis solares.
Além disso, a geração elétrica do vidro solar é inversamente proporcional à transparência de suas células, ou seja, quanto mais transparentes, menos energia elas geram, a qual também é proporcional à quantidade de luz que incide sobre elas, assim como as células do painel solar tradicional.
Da mesma forma que no módulo fotovoltaico, a energia gerada pelas células do vidro solar é captada por contatos metálicos e direcionada a um inversor, que transforma a sua corrente contínua em corrente alternada, tornando a energia pronta para o uso.
Vantagens e desvantagens do vidro fotovoltaico
Assim como outras tecnologias surgidas nos últimos anos, o vidro solar fotovoltaico é considerado por alguns como um game changer do mercado mundial de energia solar, capaz de ampliar o uso desta fonte de energia renovável e substituir os tradicionais painéis solares no futuro.
Sem dúvida, a tecnologia oferece uma lista grande de vantagens, como a transparência, versatilidade e isolamento térmico.
Entretanto, suas tecnologias demasiadamente jovens e de baixa eficiência, assim como os custos de produção mais altos, são algumas das razões para acreditar que o vidro solar ainda está longe de alcançar uma participação significativa na geração mundial de energia fotovoltaica.
Veja os principais pontos positivos e negativos do vidro fotovoltaico:
| Vantagens | Desvantagens |
| Semitransparente, gera energia solar ao mesmo tempo em que permite a passagem da luz | Baixa eficiência, exige uma área de uso maior para gerar a mesma quantidade de energia que um painel solar. |
| Pode ser integrado de forma quase imperceptível, substituindo vidros comuns | Fabricação mais cara |
| Pode ser fabricado em diferentes cores | |
| Versátil, com amplo leque de aplicações, como em construções, veículos e smartphones. | |
| Isolamento térmico dos ambientes de edificações. |
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Uso do vidro fotovoltaico
Da mesma forma que os painéis solares, o vidro fotovoltaico apresenta um grande potencial de aplicação, pois utiliza a luz do sol disponível em todo o mundo como fonte de sua energia.
Além disso, é possível utilizar o vidro de energia solar como alternativa ao vidro comum encontrado em todo o tipo de edificação ou estrutura, o que amplia ainda mais as possibilidades de aplicação da tecnologia, como em janelas, claraboias, fachadas, pontos de ônibus etc.
Essa forma quase imperceptível de aplicar a energia solar às edificações é chamada de Fotovoltaica Integrada à Construção (em inglês, Building Integrated PhotoVoltaics - BIPV), a qual já existe por décadas, mas só nos últimos anos começou a se popularizar, como no caso das telhas solares da Tesla.
No entanto, mesmo com esse grande potencial, o uso do vidro solar ainda não é largamente explorado como o de módulos fotovoltaicos, muito devido à baixa eficiência e custos mais elevados de suas tecnologias.
Atualmente, os maiores mercados de vidro fotovoltaico no mundo são a Ásia e a Europa, onde a tecnologia vem ganhando espaço na construção civil e em projetos de usinas solares com painéis de vidro fotovoltaico de filme fino.
Vidro solar: desafios e projeções para o mercado mundial
A maior aposta para o futuro do vidro fotovoltaico está nas células orgânicas, mais finas e com maior transparência. No entanto, a tecnologia ainda apresenta baixa eficiência e alto custo de produção, os dois maiores desafios a serem superados para que ela alcance uma maior popularização no mundo.
Para isso, será necessário que os países aumentem seus investimentos nas tecnologias de vidros solares, tornando-as mais eficientes para que ampliem sua penetração no mercado e, assim, alcancem a redução de seus custos.
Nesse sentido, o vidro fotovoltaico, assim como os painéis solares e demais tecnologias de energia verde, contam com boas perspectivas, uma vez que o uso de fontes renováveis é cada vez mais crucial na pauta de governos como principal meio de reduzir as emissões de carbono para combater às mudanças climáticas.
Também é a sustentabilidade que deverá continuar atraindo os investimentos de consumidores em vidros solares, assim como a economia que eles trazem para o bolso. No Brasil, por exemplo, o uso da energia solar por meio de painéis fotovoltaicos cresce de forma exponencial desde 2012, quando se deu início ao segmento de geração distribuída.
Para empresas, o uso do vidro fotovoltaico pode tornar o consumo de energia bem mais eficiente, econômico e sustentável, permitindo reduzir os gastos na conta de luz e, ao mesmo tempo, atender as metas de sustentabilidade empresarial alinhadas aos princípios de ESG.
Vidro fotovoltaico de perovskita
Pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, da Universidade de Berkeley, na Califórnia, descobriram um novo material que poderá ser utilizado em vidros solares para transformar a luz do sol em energia elétrica: a perovskita.
Inicialmente, o objetivo do projeto era desenvolver um "vidro inteligente” que mudasse de cor e opacidade conforme a incidência do calor dos raios solares. Durante à noite, o vidro se mantém transparente. Assim que a luz e o calor do sol vão aumentando no dia, o vidro vai escurecendo.
Porém, durante os testes, os pesquisadores descobriram que o tipo de perovskita utilizada apresentava boas propriedades fotocondutivas que permitiam transformar a luz solar em eletricidade ao mesmo tempo em que mantinham essa mudança de transparência do material intacta.
Em temperatura ambiente, o vidro solar da universidade de Berkeley é quase todo transparente e permite a passagem de 82% da luz. Quando aquecido, ele passa a ter uma coloração alaranjada e se torna mais opaco, deixando passar apenas 35% da luz.
Além da produção elétrica, o vidro também ajuda no isolamento térmico dos ambientes e reduz o uso de aparelhos de ar-condicionado, pois sua tonalidade escura evita a passagem da luz e do calor do sol.
Conforme demonstrado pelos pesquisadores, a fabricação do vidro fotovoltaico de perovskita é bem simples, bastando aplicar uniformemente sobre um vidro comum a solução líquida do semicondutor, que contém outros compostos químicos, como césio e iodeto de chumbo. Assim, o processo poderia ser facilmente aplicado em escala industrial.
Segundo o professor Peidong Yang, que liderou a pesquisa, o material pode ser utilizado para substituir os vidros tradicionais no futuro, criando prédios e carros energeticamente mais eficientes e capazes de gerar sua própria eletricidade a partir da luz do sol.
Entretanto, os pesquisadores precisarão superar diversos desafios para que a tecnologia consiga chegar ao mercado. Um deles é conseguir aumentar a eficiência do vidro solar de perovskita, que é de apenas 7%, muito abaixo da eficiência dos painéis solares de silício, que conseguem converter mais de 20% da energia luminosa do sol em energia elétrica aproveitável.
De acordo com Yang, o vidro solar precisa atingir uma eficiência mínima de 10% para que seja economicamente viável.
Outro avanço que os pesquisadores precisam atingir é reduzir a temperatura em que o vidro começa a gerar energia. Atualmente, ela é de 221ºF (105ºC), mas os cientistas pretendem baixá-la até 122ºF (50ºC), mais próxima à temperatura alcançada por vidros nas laterais de prédios em regiões quentes, segundo eles.
A questão estética também é considerada pelos pesquisadores, que desejam criar outras cores para o vidro solar para que ele possa ser atrativo a arquitetos e designers. Até o momento, o vidro fotovoltaico de perovskita apresenta tonalidades quentes que vão do amarelo ao marrom.
Para isso, os cientistas contam com duas soluções, uma delas é usar outro tipo de perovskita, a outra é usar tipos de corante no vidro. Contudo, ainda não há previsões de quando essa tecnologia irá se tornar comercialmente viável.
Diversas outras tecnologias de vidros capazes de gerar eletricidade estão sendo pesquisadas no mundo como, por exemplo, a célula fotovoltaica transparente que pode transformar janelas em painel solar e as janelas inteligentes que captam energia e mudam de opacidade.
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