Em 2024, a energia solar gerou cerca de 11% da eletricidade na União Europeia, ultrapassando pela primeira vez o carvão. Para que a energia fotovoltaica continue a ganhar importância, os módulos solares têm de ser produzidos de forma eficiente, económica e em grandes quantidades. Os processos de produção automatizados desempenham aqui um papel fundamental. Como são fabricados os módulos solares cristalinos – desde a interligação elétrica das células solares até ao controlo de qualidade final…

A energia solar constitui um elemento essencial da transição energética. Os módulos solares cristalinos dominam o mercado, visto que a sua eficiência e durabilidade os tornam na primeira opção do setor fotovoltaico. Os processos de fabrico automatizados permitem uma produção económica e em grande escala. Desde a interligação precisa das células solares (stringing) até ao processo de laminação e ao controlo de qualidade final – estas são as etapas mais importantes da produção.

Introdução: células solares cristalinas e estrutura de um módulo solar

Os módulos de silício cristalino são a tecnologia mais utilizada na energia fotovoltaica. São constituídos por várias células solares que, por sua vez, são produzidas a partir de bolachas de silício. A bolacha contém silício dopado, que pode gerar uma separação de cargas elétricas através da adição específica de átomos estranhos. Contactos metálicos finos – os chamados barramentos e dedos– conduzem a corrente. Os dedos metálicos finos recolhem a corrente em toda a superfície da célula e conduzem-na para os barramentos, que se destinam ao transporte elétrico posterior.

Um módulo solar é, por sua vez, composto por várias células solares. Para proteger as células sensíveis das influências mecânicas e das condições climatéricas, estas são inseridas entre várias camadas. Uma placa de vidro frontal proporciona estabilidade, enquanto uma película de plástico (geralmente EVA = etileno-acetato de vinilo) serve como material de encapsulamento. A parte posterior é constituída por uma outra película de plástico ou uma segunda camada de vidro, na qual se encontra também a caixa de junção para encaminhar a corrente contínua gerada. O módulo é envolvido por uma moldura de alumínio, o que facilita a instalação.

A produção de um módulo solar – passo a passo

O fabrico de bolachas de silício é um processo altamente especializado, geralmente realizado por empresas de alta tecnologia. A produção propriamente dita dos módulos solares começa com células solares acabadas, que já se encontram dopadas e equipadas com um revestimento antirreflexo.

Passo 1: interligação das células solares – o processo de stringing
O primeiro passo na produção de módulos solares consiste na interligação das células solares individuais. Este processo é conhecido como stringing: as células são soldadas através dos seus barramentos com fitas finas de cobre (as chamadas ribbons). As células são dispostas em série – as chamadas strings. Este processo requer uma precisão máxima para evitar ruturas e microfissuras nas células de silício sensíveis. O processo de soldadura deve ser otimizado de forma a minimizar as tensões mecânicas e térmicas.

Passo 2: corte e posicionamento das camadas – o processo de layup
Depois de todas as camadas do módulo solar (vidro, película EVA, stringse película posterior) terem sido cortadas, estas são colocadas de forma precisa umas sobre as outras na etapa seguinte. Este processo é conhecido como layup. O posicionamento automático é efetuado com uma precisão de ±0,1 mm.

Passo 3: laminação
Após o posicionamento, as camadas individuais são ligadas para formar uma unidade resistente e de longa duração – a chamada laminação. O módulo é aquecido num saco de vácuo ou autoclave, normalmente a cerca de 140 °C, utilizando pressão negativa ou positiva (até 10 bar). Durante este processo, a película EVA, anteriormente leitosa, polimeriza-se e transforma-se numa camada de plástico transparente e reticulada tridimensionalmente. Isto cria uma ligação firme entre as células solares, o vidro e a película posterior.

Passo 4: bordas e moldura
Após a laminação, o módulo é preparado para a utilização final. Em primeiro lugar, as bordas são tratadas para remover qualquer material saliente, em particular, resíduos da película EVA e da película posterior. De seguida, procede-se à instalação da caixa de junção. Na fase final, o módulo recebe a sua moldura de alumínio, que assegura a estabilidade mecânica e facilita a montagem. A moldura é fixada com silicone ou uma fita adesiva especial.

Passo 5: controlo de qualidade e classificação
Antes de um módulo solar sair da produção, é testado quanto ao seu desempenho e segurança. Um simulador solar mede a curva caraterística elétrica, enquanto os testes de eletroluminescência e de isolamento detetam defeitos ou falhas de material. Por fim, os módulos são classificados de acordo com os seus níveis de desempenho antes de serem embalados e fornecidos.

Produção de módulos solares com pressão de custos

A produção de módulos solares está sujeita a uma enorme pressão em termos de custos. Embora a procura por energias renováveis esteja a aumentar, os apoios estatais foram reduzidos ou completamente cancelados em muitos países. Ao mesmo tempo, a concorrência, especialmente das empresas asiáticas, está a agravar a situação do mercado. Para se manterem economicamente competitivos, os fabricantes europeus e de outros países têm de reduzir os seus custos de produção, mas sem comprometer a qualidade. Uma forma de o conseguir é optar pela utilização de equipamento de produção em segunda mão. Até ao dia 27/03, a Surplex está a organizar um leilão de várias máquinas para a produção de módulos solares.