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Células solares: classificação e gerações
O universo das células solares é vasto e tecnicamente exigente. Desde a descoberta do efeito fotovoltaico foram desenvolvidas inúmeras tecnologias de fabrico e os processos industriais existentes foram sendo continuamente otimizados.
Este artigo apresenta uma visão geral das diferentes gerações de células solares e explica a diferença entre células de tipo P e de tipo N.
As quatro gerações de células solares
Na literatura científica, as tecnologias de células solares são agrupadas em quatro gerações sucessivas:
1.ª geração: células de silício cristalino
| Tecnologia | Rendimento máx. (laboratório) | Maturidade de mercado |
|---|---|---|
| Monocristalino | 26–27% | Estabelecida |
| Policristalino | 22–23% | Estabelecida |
- Tecnologia mais antiga e ainda hoje a mais difundida
- 97% de quota de mercado na produção mundial de células (2023)
- Tecnologia comprovada com longa vida útil
2.ª geração: células de película fina
| Tecnologia | Rendimento máx. (laboratório) | Característica |
|---|---|---|
| Silício amorfo (a-Si) | 13–14% | Flexível, económico |
| Telureto de cádmio (CdTe) | 22–23% | Produção de baixo custo |
| CIGS | 22–23% | Flexível, muito fina |
- Células significativamente mais finas (alguns micrómetros)
- Menor consumo de material
- Aplicações mais flexíveis possíveis
3.ª geração: tecnologias emergentes
| Tecnologia | Rendimento máx. (laboratório) | Estado |
|---|---|---|
| Perovskita | 25–26% | Investigação |
| Células orgânicas (OPV) | 18–19% | Investigação |
| Células tandem | 45% | Laboratório |
- Maior potencial de eficiência
- Ainda sem plena maturidade comercial
- Forte atividade de investigação a nível mundial
4.ª geração: tecnologias híbridas
| Tecnologia | Rendimento máx. (laboratório) | Característica |
|---|---|---|
| Células de grafeno | ~26% | Combina vários processos |
- Reúne vantagens de diferentes gerações
- Ainda numa fase inicial de desenvolvimento
Células solares tipo P vs. tipo N
Para além da tecnologia de base, as células solares podem ser diferenciadas pelo seu tipo construtivo:
O que significam P e N?
As letras referem-se à dopagem do material de base:
| Tipo | Dopagem | Portadores de carga principais | Material base |
|---|---|---|---|
| Tipo P | Dopagem P (p.ex. boro) | "Lacunas" (deficiência de eletrões) | Camada P mais espessa |
| Tipo N | Dopagem N (p.ex. fósforo) | Eletrões (excesso) | Camada N mais espessa |
Células solares tipo P
Vantagens:
- Processos de fabrico amplamente estabelecidos
- Produção mais económica
- Grande disponibilidade no mercado
Desvantagens:
- Degradação induzida pela luz (LID)
- Rendimento inferior
- Mais sensíveis à temperatura
Células solares tipo N
Vantagens:
- Rendimento mais elevado
- Menor degradação ao longo do tempo
- Melhor comportamento em baixa luminosidade
- Vida útil mais longa
Desvantagens:
- Fabrico mais complexo
- Custos superiores
- Menor penetração de mercado (por enquanto)
Tendência: As células de tipo N estão a ganhar quota de mercado. A maior eficiência compensa o custo adicional, sobretudo quando a área de cobertura disponível é limitada.
Rendimentos em comparação
| Tecnologia | Laboratório | Comercial | Tendência |
|---|---|---|---|
| Monocristalino (tipo P) | 26% | 20–22% | Estável |
| Monocristalino (tipo N) | 27% | 22–24% | ↑ Crescente |
| Policristalino | 23% | 17–19% | ↓ Em declínio |
| PERC | 24% | 21–23% | Estável |
| TOPCon | 26% | 22–24% | ↑ Forte crescimento |
| HIT/SHJ | 27% | 22–24% | ↑ Crescente |
| CdTe | 22% | 17–19% | Estável |
| CIGS | 23% | 15–18% | Estável |
| Perovskita | 26% | - | Investigação |
| Tandem | 45% | - | Investigação |
Que tecnologia para que aplicação?
| Aplicação | Tecnologia recomendada | Justificação |
|---|---|---|
| Cobertura de habitação | Mono tipo N (TOPCon/HJT) | Máximo rendimento em área limitada |
| Grandes centrais em solo | Mono tipo P, CdTe | Custo por kWh competitivo |
| Microgeração em varanda | Mono tipo P (PERC) | Boa relação preço/desempenho |
| Fachada/BIPV | Película fina, perovskita | Flexibilidade e estética |
| Aplicações móveis | Película fina, OPV | Leves e flexíveis |
Evolução do mercado
O setor fotovoltaico está em forte crescimento a nível global e também em Portugal:
- Portugal tem vindo a aumentar rapidamente a potência fotovoltaica instalada, com forte expansão de centrais em solo e de sistemas em coberturas.
- A produção solar já representa uma parcela relevante do mix elétrico nacional, contribuindo para as metas de neutralidade carbónica definidas no Plano Nacional Energia e Clima (PNEC 2030).
Tendências tecnológicas
- Tipo N ultrapassa tipo P: células TOPCon e HJT/SHJ ganham quota de mercado
- Módulos bifaciais: conseguem aproveitar a radiação em ambas as faces
- Wafers maiores: formatos de 182 mm e 210 mm tornam-se o novo padrão industrial
- Tandem com perovskita: espera-se os maiores ganhos adicionais de eficiência
Conclusão
Síntese: As células de silício cristalino dominam o mercado com cerca de 97% de quota. A tendência é a passagem de células tipo P para tipo N, com rendimentos mais elevados. As tecnologias de película fina ocupam nichos específicos, enquanto as células de perovskita e tandem apresentam o maior potencial futuro. Para proprietários de habitação em Portugal, os módulos monocristalinos de tipo N (TOPCon/HJT) são atualmente a opção mais interessante para maximizar a produção numa cobertura limitada.
Quer aprofundar o tema? → Células solares de silício cristalino em detalhe
Fontes
- Pastuszak, J.; Węgierek, P.: Photovoltaic Cell Generations and Current Research Directions. Materials 2022
- ITRPV: International Technology Roadmap for Photovoltaic
- Fraunhofer ISE: Photovoltaics Report