Módulos fotovoltaicos baseados em células solares tandem de perovskita e silício podem ser produzidos nos Estados Unidos a um preço mínimo sustentável de US$ 0,35/W, de acordo com uma análise técnico-econômica conduzida por pesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) do Departamento de Energia dos EUA.
“Nosso trabalho é baseado em dados que coletamos de fabricantes de equipamentos e fornecedores de materiais no ano passado”, disse o principal autor da pesquisa, Jacob J. Cordell, à pv magazine. “Presumimos que os módulos tivessem uma eficiência que variava de 25% a 35%.”
Os dados foram processados por meio do modelo de análise de custos detalhado DCAM, que é uma ferramenta de acesso aberto desenvolvida pelo próprio NREL para a construção de modelos de custos para componentes e sistemas fotovoltaicos. O cálculo do custo nivelado de energia (LCOE) foi feito assumindo eficiências em tandem de até 35%, vida útil variando de 10 a 30 anos e fábricas na escala de gigawatts.
Os pesquisadores forneceram uma análise técnico-econômica detalhada das arquiteturas de células solares de dois terminais (2T) e quatro terminais (4T) e disseram que, apesar de suas potenciais configurações de design múltiplo, elas enfrentam custos de fabricação semelhantes. Os projetos 4T, no entanto, podem ser preferidos no futuro, já que a configuração 2T exclui o uso de dispositivos de contato traseiro (BC) para as células inferiores. Por outro lado, tecnologias de alta eficiência como BC e heterojunção (HJT) podem ser a escolha preferida para módulos tandem, que são projetados principalmente para maximizar a eficiência e a geração de energia. Sua análise, no entanto, também incluiu as tecnologias PERC e TOPCon.
A equipe de pesquisa descobriu que, sem os incentivos políticos concedidos pela Lei de Redução da Inflação (IRA), módulos solares de silício perovskita com 25% de eficiência poderiam ser produzidos atualmente nos Estados Unidos a US$ 0,359/W para projetos 4T e US$ 0,364/W para arquiteturas 2T. Também verificou que, com uma eficiência de 30%, os painéis 4T podem ser fabricados a US$ 0,299/W e os módulos 2T a US$ 0,303/W.
“Com 32,5% de eficiência do módulo, o custo 4T cai abaixo do nosso custo modelado para um custo de módulo PERC Si com 22% de eficiência, US$ 0,285/W”, explicou ainda, observando que, com uma eficiência de 35%, o custo variaria entre US$ 0,257/W e US$ 0,306/W.
Vidro solar, folhas traseiras, encapsulamento e precursores da camada de transporte de elétrons (ETL) na subcélula de perovskita são responsáveis pelos custos mais altos dos módulos tandem em comparação com os produtos de junção única, de acordo com os cientistas, devido aos materiais e equipamentos necessários.
Os pesquisadores acreditam que esses custos podem ser reduzidos ainda mais em um futuro próximo, pois esperam que os custos das células de silício caiam ainda mais, enquanto os precursores de perovskita e equipamentos de processamento podem se tornar mais padronizados industrialmente.
De acordo com Cordell, no entanto, os módulos tandem de perovskita-silício podem chegar à comercialização apenas com um histórico comprovado de seu desempenho. “Vimos recentemente usinas fotovoltaicas baseadas em perovskita entrarem em operação na China e, se os dados dessas instalações forem disponibilizados, poderemos ter algumas informações interessantes sobre a degradação ao longo do tempo”, disse ele. “Um teste de dois anos em combinação com testes acelerados pode ajudar essa tecnologia a se aproximar do mercado.”
Cordell também disse que é difícil avaliar quantos dados são necessários. “É claro que vender um produto não precisa necessariamente aumentar as participações de mercado”, afirmou. “Pode levar mais tempo do que o esperado para atingir esse objetivo, pois outros mecanismos de degradação podem surgir, como estamos vendo para os módulos TOPCon agora no campo.”
Os cientistas do NREL acrescentaram que, mesmo considerando os custos de fabricação de silício fotovoltaico na China, os módulos tandem podem ter dificuldade em competir com os equivalentes de junção única, já que as eficiências das células TOPCon, BC e HJT disponíveis comercialmente continuam aumentando e os custos continuam caindo. “No entanto, nossas suposições foram baseadas em um tipo de equipamento de fabricação que ainda não existe”, disse ele. “Se os custos dos módulos tandem são altos agora, isso não significa que será o caso em dois anos. Uma indústria maior de perovskita pode contribuir para mudar esse quadro.”
Cordell também enfatizou que os módulos tandem também oferecerão uma vantagem em termos de eficiência por área. “Não se trata apenas do custo por watt”, disse ele. “Custos reduzidos que você não precisa comprar ou arrendar, caso mais terras, também devem ser levados em consideração. Essa tecnologia será desenvolvida principalmente com projetos de grande escala, pelo menos inicialmente.”
O trabalho de pesquisa foi apresentado em “Technoeconomic analysis of perovskite/silicon tandem solar modules“, publicado na Joule.
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