Por Petra Pastl

A pesquisadora Janis Bezerra Galdino, doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Energéticas e Nucleares (Proten), vinculado ao Departamento de Energia Nuclear (DEN), do Centro de Tecnologia e Geociências (CTG) da UFPE, publicou o artigo “Evaluation of front and backside performances of a large surface organic photovoltaic module under bifacial illumination”, abordando módulos fotovoltaicos orgânicos, na revista “Solar Energy Materials and Solar Cell", que possui Qualis A1 pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), vinculada ao Ministério da Educação (MEC). Entre os autores do trabalho estão também dois professores da UFPE – Olga de Castro Vilela (orientadora) e Naum Fraidenraich (coorientador) –, ambos do Departamento de Energia Nuclear, e o professor da Universidade de Pernambuco (UPE) Luis Arturo Gómez-Malagón.

O artigo é resultado das pesquisas iniciadas no mestrado de Janis Galdino e que foram ampliadas no doutorado, ambos realizados no Proten com ênfase na área de Fontes Renováveis de Energia. O objetivo do trabalho era avaliar a contribuição para a produção de energia das faces frontal e traseira de um módulo fotovoltaico orgânico (OPV, do inglês Organic Photovoltaic) semitransparente quando submetido à iluminação bifacial. Os módulos OPV são captores solares cuja energia tem uma menor pegada de carbono que os painéis solares tradicionais, feitos com silício.

A célula OPV nada mais é do que um filme plástico, formado por materiais orgânicos não tóxicos, e que contém também materiais recicláveis e sintetizados em laboratório. As pequenas células são encapsuladas em substrato de resina PET (polímero politereftalato de etileno). O filme recebe também uma camada de células fotovoltaicas de material polimérico para converter energia solar em eletricidade. As OPVs fazem parte da terceira geração de tecnologias de células solares.

A partir da análise realizada durante a sua pesquisa, Janis Galdino chegou à conclusão de que a geração bifacial do módulo OPV, ou seja, nos seus dois lados – frente e verso – pode ser entendida como uma associação em paralelo de dois módulos distintos, um com as características da produção referentes à incidência de luz na face frontal, e o outro com as referentes à incidência de luz na face traseira.

“A associação em paralelo significa que os módulos funcionarão sob mesma tensão elétrica, e a corrente elétrica final será a soma da corrente produzida por cada um individualmente. Com isso, é possível fazer um modelo de geração de energia mais acurado da geração de módulos OPV semitransparentes”, explica a pesquisadora Janis Galdino.

No artigo, a autora afirma que a OPV tem atraído atenção devido às suas características de baixo peso, semitransparência e espessura fina, ampliando as possibilidades de aplicação no mercado tecnológico. Seu foco principal está em integração em edificações, eletrônicos portáteis e aplicações de baixa luminosidade. Além disso, o baixo impacto ambiental de sua produção se destaca, pois as células fotovoltaicas tradicionais, quando são fabricadas, envolvem um consumo alto de energia em sua construção tornando assim menos sustentável. Outro fato importante que deve ser considerado é o descarte destes painéis solares, assim como ocorre com os produtos eletrônicos, e a falta de planejamento pode trazer consequências indesejadas ao meio ambiente.

Uma das características mais significativas da célula orgânica fotovoltaica, a OPV, é seu potencial de baixo custo, devido ao seu processo de fabricação utilizando ferramentas de impressão de última geração. O método de impressão rolo a rolo permite a produção de módulos solares em larga escala e de grandes áreas. O processo produtivo dos filmes de OPV utiliza materiais orgânicos não tóxicos e demanda pouca energia elétrica, não sendo necessário nenhum resíduo tóxico e nem altíssimas temperaturas. No entanto, o desafio da OPV está em aumentar a sua eficiência e vida útil.

Os experimentos de Janis Galdino foram conduzidos em condições externas, utilizando um módulo OPV comercial. A maioria dos estudos anteriores foi realizada em pequenas células de laboratório sob espectro solar artificial, sendo poucos os experimentos com módulos OPV de grande tamanho sob iluminação natural. Durante os experimentos, foi observado um aumento significativo de 46% na geração de energia quando o módulo foi iluminado bifacialmente, em comparação com a iluminação de apenas um lado.

Os periódicos ou revistas científicas são as fontes de informação mais importante para cientistas, e são um veículo importante para levar o conhecimento para a sociedade, visando à inovação. Os periódicos classificados pela agência Capes dentro do estrato Qualis A1 são aqueles que possuem o maior reconhecimento científico.

“A Solar Energy Materials and Solar Cells é um importante veículo de divulgação para resultados de estudos científicos nas áreas de geração de energia fotovoltaica, principalmente relacionados com os temas de materiais fotovoltaicos não convencionais, módulos fotovoltaicos de filmes finos e modelagem óptica, temas que foram diretamente abordados em minha pesquisa de mestrado com o módulo OPV”, afirma Janis Galdino, sobre a publicação de um artigo numa revista tão renomada.

Resumo

A semitransparência é uma das características atraentes dos módulos solares de película fina, pois permite a geração de eletricidade enquanto fornece iluminação do edifício. No entanto, aumentar a transparência pode resultar em menor eficiência de geração de energia. Uma maneira eficaz de melhorar a produção de energia em módulos semitransparentes é através da iluminação bifacial. Este trabalho tem como objetivo avaliar, experimentalmente, e discutir as propriedades ópticas e elétricas de um módulo fotovoltaico orgânico semitransparente (OPV) comercial sob iluminação bifacial. Para tanto, curvas características corrente-tensão foram obtidas nas seguintes condições: a) frontal, b) iluminação traseira e c) iluminação simultânea em ambas as faces. O módulo foi colocado dentro de uma cavidade em V para implementar medições elétricas com ambas as faces do módulo iluminadas simultaneamente pela luz solar natural. Os resultados mostram que a iluminação bifacial é uma forma eficaz de aumentar a produção de energia em dispositivos OPV semitransparentes, e um aumento de 46% na geração de energia em comparação com a iluminação tradicional (iluminação frontal) foi alcançado nos experimentos. O desempenho da iluminação traseira difere em mais de 40%, em comparação com o lado frontal, devido ao sombreamento do eletrodo, ótica e diferenças nos processos de conversão de energia que ocorrem na camada ativa. A operação do módulo OPV sob iluminação bifacial é equivalente a uma conexão paralela entre os desempenhos de iluminação frontal e traseira. A modelagem óptica mostra que a camada ativa absorve uma grande parte da luz recebida dentro da resposta espectral da célula. No entanto, no caso da iluminação frontal, uma fração significativa da radiação solar na região do visível é transmitida e fica disponível, por exemplo, para fins de iluminação predial.

Mais informações
Janis Bezerra Galdino
janis.joplim@ufpe.br