Energia solar

As primeiras utilizações de energia fotovoltaica resumiam-se, como vimos no post anterior, a situações em que não estava disponível energia da rede, nomeadamente em locais remotos e, especialmente, fora da Terra, quer em satélites quer em sondas espaciais. De facto, embora inicialmente a NASA não estivesse muito convencida das vantagens da utilização de painéis solares aceitou, com alguma relutância, dotar o Vanguard I de um pequeno painel, seis células solares com uma área de apenas 1 dm², para alimentar um transmissor back-up de outro alimentado por uma pilha de mercúrio. O transmissor do satélite, lançado em Março de 1958 e ainda em órbita, funcionou durante cerca de oito anos ... mas aquele alimentado pelas células solares, a pilha «convencional» falhou ao fim de vinte dias.

Depois do fiasco salvo pelas baterias solares, que tiveram aqui a sua prova de fogo, o programa espacial norte-americano passou a usar células solares nos seus satélites, solução igualmente adoptada pelo programa espacial soviético: o Sputnik-3, lançado cerca de dois meses depois do Vanguard I, estava igualmente dotado de um pequeno painel solar.

Na década de sessenta, a investigação em células solares surge quasi como um efeito colateral da guerra fria entre as duas grandes superpotências da época. Ou seja, foi a guerra ao espaço que promoveu um grande desenvolvimento das células solares, desenvolvimento que foi essencialmente dirigido a um aumento de eficiência e tinha poucas ou nenhumas preocupações económicas.

A situação alterou-se no início da década de setenta, quando Joseph Lindmeyer, que trabalhava para a Communications Satellite Corporation, inventou uma célula de silício cerca de 50% mais eficiente que qualquer outra. Embora a Comsat fosse a dona da patente, o sucesso desta célula convenceu Lindmeyer de que a energia solar estava pronta para o público em geral. Lindmeyer saiu da Comsat e com Peter Varadi fundou a Solarex em 1973.

Aquela que foi uma das primeiras empresas a tentar vender aplicações «civis» da energia solar começou por produzir painéis fotovoltaicos para sistemas de telecomunicações remotos e bóias de navegação, o único tipo de aplicações terrestres que se pensava serem economicamente interessantes. Mas cerca de dois meses depois de fundada a Solarex, a conjuntura alterou-se drasticamente com o primeiro choque petrolífero e, subitamente, o mercado da energia solar conheceu uma expansão inesperada. Em 1980, a Solarex detinha metade de um pequeno mas crescente mercado de células solares.

A crise petrolífera de 1973 levou a outra corrida a programas de investigação em células solares, agora mais dirigidos para a redução dos custos de produção. Até aí os painéis solares eram baseados exclusivamente em células de silício monocristalino. Mas a fabricação das células solares tradicionais - as células de 1ª geração que, com excepção das células de arsenieto de gálio, são ainda as mais eficientes disponíveis no mercado - feitas deste material, o mesmo utilizado para a fabricação dos chips de computador, exige salas limpas e tecnologia muito sofisticada, o que as torna demasiado caras.

A investigação intensiva nesta área despoletada pela primeira crise petrolífera conduziu à descoberta de novos materiais, em particular o silício multicristalino ou mesmo silício amorfo, muito menos exigentes em termos de processo de fabrico, ou de métodos de produção de silício directamente em fita o que permite eliminar os desperdícios (e esfarelamento) no corte de um grande cristal em bolachas. A deposição dos contactos eléctricos por serigrafia, em vez das técnicas tradicionais de fotolitografia e deposição por evaporação de metais em vácuo, permitiu baixar ainda mais os preços de fabricação. Mais recentemente, no final de Julho, um investigador do MIT revelou algo que promete uma autêntica revolução no papel da energia solar.

Por coincidência ou não, o segundo choque petrolífero que vivemos tem sido acompanhado de notícias muito promissoras, quer em termos de eficiência quer de preços de fabricação, algumas delas já referidas no De Rerum Natura. Em Março foi notícia a descoberta de um investigador do MIT, Emanuel Sachs, que anunciou ter conseguido aumentar a eficiência das células fotovoltaicas policristalinas, muito mais simples e baratas de fabricar.

Com as inovações introduzidas pelo cientista, a eficiência destas células, 19.5%, aproximou-se da eficiência das células convencionais mas os custos de fabricação são muito mais baixos: as células de silício monocristalino custam cerca de US$2.10 por watt gerado; as primeiras gerações destas novas células policristalinas deverão custar US$1.65 por watt gerado, quando fabricadas numa escala industrial. De acordo com Sachs, a curto prazo este preço deve baixar para US$1.30/watt. Como comparação, refere-se que o custo do watt gerado em centrais a carvão é de US$1.00. Sachs afirma que novos revestimentos antirreflexivos deverão permitir que as células solares policristalinas batam o preço do carvão por volta de 2012. As novas células solares policristalinas de alto rendimento são comercializadas pela empresa que fundaram, a 1366 Technologies.

Para além dos Estados Unidos, outro país que tem investido muito em investigação nesta área tem sido a Alemanha que é já o maior mercado de células fotovoltaicas a nível mundial, deixando o Japão, outro país que tem investido massivamente na área, para trás. Ambos os países tem contribuído para tornar a energia solar competitiva, baixando os custos de produção através do desenvolvimento de novas técnicas de produção e criando uma procura que ajudou as indústrias a ultrapassarem a massa crítica no mercado de energia.

Há uns meses, a propósito de outra energia alternativa, relatei que uma empresa alemã, a Evonik, anunciou um investimento massivo em baterias de lítio ião, pretendendo ser o maior fornecedor europeu na área. Há dias, a Evonik e SolarWorld anunciaram a abertura de uma fábrica de produção de silício «solar» em Rheinfelden, na Alemanha, como parte do seu consórcio Joint Solar Silicon. As empresas dizem que o seu processo de produção de filmes ultra-finos de silício permite uma economia de até 90% da energia utilizado nos processos de produção convencionais. A nova fábrica terá uma capacidade de produção de 850 toneladas de silício «solar» por ano e a matéria-prima será fornecida pela fábrica de silano (SiH₄) da Evonik.

As células de filme fino, embora com uma eficiência em laboratório inferior às células de primeira geração, frequentemente permitem melhores resultados em comparação com as células clássicas nas aplicações reais do dia-a-dia, devido a perdas inferiores às temperaturas elevadas de funcionamento e a uma melhor eficiência em condições de baixa intensidade de luz. No entanto, o crescimento da fatia de mercado destas células tem sido limitado pela sua baixa disponibilidade no mercado. Assim, ambas as notícias são excelentes notícias já que as células convencionais dominam por enquanto o mercado das fotovoltaicas e a falta de silício monocristalino no mercado tem limitado o crescimento do sector e aumentado muito o preço deste material e, consequentemente, dos painéis solares.