Principais Materiais dos Módulos de Painéis Solares: Uma Análise Completa

Introdução

A maioria dos módulos fotovoltaicos é construída a partir de um punhado de materiais principais. Um módulo solar típico é composto por material de superfície frontal, células solares, material encapsulante, material de superfície traseira, a moldura e algumas peças de suporte. Cada camada tem sua própria função, e juntas determinam o desempenho e a durabilidade do módulo. Vamos analisar cada uma delas.

Material da Superfície Frontal

O que faz e por que o vidro é a melhor escolha

O material da superfície frontal de um módulo fotovoltaico deve ter alta transmitância na faixa de comprimento de onda utilizável pelas células solares, além de baixo índice de refração, para que a luz solar seja absorvida da forma mais eficiente possível. Além da transmissão e reflexão, o material frontal deve ser impermeável à água, ter boa resistência a impactos, permanecer estável sob exposição prolongada a UV e ter baixa resistência térmica para evitar que água ou vapor d'água corroam os contatos metálicos e interconexões, o que reduziria a vida útil do módulo.

Como os módulos ficam ao ar livre e frequentemente enfrentam condições climáticas adversas, como vento, areia, chuva e neve, o material frontal também precisa de certa rigidez para proteger as células internas de impactos externos.

Existem várias opções para a superfície frontal, incluindo acrílico, polímeros e vidro. A escolha mais comum é o vidro temperado de baixo teor de ferro, pois é de baixo custo, resistente, estável, altamente transparente, à prova d'água, hermético e oferece bom desempenho de autolimpeza.

Células Solares

O coração da geração de energia

A célula solar é uma das partes mais importantes de um módulo fotovoltaico e determina diretamente a potência total do módulo. É uma pastilha semicondutora que gera eletricidade a partir da luz solar e, desde que certas condições de iluminação sejam atendidas, a célula produz uma tensão e gera corrente quando conectada em um circuito.

Existem muitas opções de células. Por tecnologia de processo, incluem TOPCon, BC, HJT e outras. Por especificação de tamanho, existem 182, 183, 210 e mais. Mesmo dentro da mesma tecnologia e tamanho, as células são ainda classificadas por eficiência.

Material Encapsulante

A camada de ligação que mantém tudo unido

O encapsulante fornece adesão entre as células solares e as superfícies frontal e traseira do módulo. Deve permanecer estável sob alta temperatura e forte exposição UV. Também deve ser opticamente transparente, com baixa resistência térmica e alta resistência elétrica.

EVA (etileno acetato de vinila) é o encapsulante mais comumente usado. Ele vem como um filme fino que é colocado entre as células e as superfícies frontal e traseira, formando uma estrutura sanduíche. Este sanduíche é então aquecido a 140-150°C sob uma certa pressão por um período de tempo, permitindo que o EVA polimerize e una o módulo. Na imagem abaixo, o filme semitransparente sobre as células é EVA.

Backsheet

A superfície traseira protetora

O backsheet fotovoltaico é a superfície traseira do módulo. Seus principais requisitos são baixa resistência térmica e capacidade de manter água ou vapor d'água fora. Módulos de vidro simples geralmente usam um filme polimérico como backsheet, enquanto módulos de vidro duplo usam vidro, já que um vidro traseiro transparente pode absorver luz refletida do solo e aumentar a potência.

Fita PV (Fita de Cobre Revestida de Estanho)

Como a corrente é coletada e transportada

A fita PV, uma fita de cobre revestida de estanho, é dividida principalmente em fita de interconexão e fita de barramento. A fita de interconexão conecta as células dentro de um módulo; ela é soldada diretamente aos barramentos condutores na superfície da célula por uma máquina de stringer, conduzindo e coletando a corrente de cada célula. A fita de barramento conecta as strings de células dentro de um módulo; ela é soldada às fitas de interconexão e reúne a corrente produzida pelas células na caixa de junção.

A base da fita de PV é de cobre metálico, revestida com uma fina camada de estanho. A base de cobre oferece alta condutividade e baixa resistência, reduzindo a resistência interna do módulo e diminuindo a perda de potência. O revestimento de estanho é necessário porque o cobre tem alto ponto de fusão e baixa soldabilidade por si só; revestir estanho na base de cobre confere à fita boa soldabilidade e permite que a fita de interconexão se ligue firmemente às barras coletoras na superfície da célula, garantindo um bom fluxo de corrente.

Caixa de Junção

A ponte para o circuito externo

A caixa de junção transmite a corrente no módulo fotovoltaico. Ela se conecta à fita interna do barramento e liga o módulo ao circuito externo. Precisa de bom desempenho elétrico, e seu design e dimensões devem atender às demandas do ambiente operacional, incluindo requisitos elétricos, mecânicos, de resistência ao calor, corrosão e intempéries, sem representar perigo para usuários ou meio ambiente. Caixas de junção comuns de módulos fotovoltaicos usam conectores rápidos MC4.

Estrutura

Resistência, vedação e fácil instalação

A moldura serve a vários propósitos. Primeiro, protege a borda do vidro e evita que o módulo rache sob força externa. Segundo, combinada com selante de borda, fortalece o desempenho de vedação do módulo. Terceiro, melhora muito a resistência mecânica geral do módulo. Quarto, torna o módulo mais fácil de instalar e transportar, e atua como o suporte que conecta o módulo à estrutura de montagem, de modo que a fixação adequada proporciona a melhor resistência à carga, escalando de fixações individuais para matrizes integradas e aumentando a capacidade mecânica de todo o sistema da usina.

Selante

Mantendo a umidade fora

O selante é usado para fixar a caixa de junção ao backsheet do módulo fotovoltaico, mantendo o espaço entre eles à prova d'água e melhorando a resistência às intempéries do módulo. Também fixa o módulo à moldura, fortalecendo a conexão entre os dois e evitando que o vapor de água entre no módulo.

Visão da Ooitech

A Ooitech acredita: o desempenho e a vida útil de um módulo solar dependem de quão bem seus materiais em camadas, desde o vidro frontal até o selante, trabalham juntos como um sistema.