Na Fabricação de Painéis Solares Fotovoltaicos vários processos individuais colocam as células fotovoltaicas em um painel solar. Veja nesta página como é o processo de fabricação do painel solar.
Processo de Fabricação de Painéis Fotovoltaicos
Vários processos individuais ligados e contínuos colocam as células fotovoltaicas em um painel fotovoltaico. Os painéis fotovoltaicos devem ser fabricados utilizando-se a melhor tecnologia para que eles possam durar por décadas conforme foram projetados.
Insumos Utilizados na Fabricação do Painel Solar Fotovoltaico
Veja abaixo quais são os principais materiais usados na fabricação de painéis solares:
Células Fotovoltaicas
A célula fotovoltaica é a "vida" do seu panel solar, é ela que através de uma reação físico-química transforma a luz do sol em energia elétrica. Ela representa aproximadamente 60% do custo de um painel solar. São muito finas com aproximadamente 185 mícrons de espessura (menos de 2mm). São feitas a partir de uma "fatia" de cristal de silício ultra puro e precisam ser manuseadas com extremo cuidado pois trincam com muita facilidade. O processo de fabricação do painel solar descrito no passo a passo foi desenvolvido para proteger as células e fazer com que o seu painel solar produza energia por décadas.
Vidro Fotovoltaico (Vidro especial para a fabricação do painel solar)
O vidro utilizado na fabricação de um painel solar não é o seu vidro comum. Ele é um vidro especial ultra puro com baixo teor de ferro, desenvolvido especialmente para refletir menos e deixar o máximo de luz passar através dele. Trata-se de um vidro temperado especial de 3.2mm ou 4mm revestido com uma substância antirreflexiva. Os painéis com vidros de boa qualidade vão resistir as mais fortes chuvas de granizo. Este vidro especial representa aproximadamente 10% do custo de fabricação do painel solar.
Filme Encapsulante para o Painel Solar - EVA
O Filme Encapsulante para o Painel Solar, tradicionalmente conhecido como EVA, acetato-vinilo de etileno (que deriva do inglês: Ethylene Vinyl Acetat), é um material selante de cura rápida especificamente projetado para os painéis fotovoltaicos. Ele protege as células fotovoltaicas contra o envelhecimento causado por raios UV, temperaturas extremas e umidade, assegurando que o máximo luz visível atinja as células solares. O EVA representa aproximadamente 8% do custo de fabricação do painel solar.
Backsheet (Material plástico branco que vai na parte de trás do painel solar)
O filme branco que vai na parte de trás do painel solar é chamado de Backseet. A função principal da Backsheet é proteger os componentes internos do painel solar, especificamente as células fotovoltaicas bem como agir como um isolante elétrico. Elas tem uma composição robusta sendo composta por 3 camadas. Ela possui a aparência de um "filme branco plástico grosso". A Backheet representa aproximadamente 8% do custo de fabricação do painel solar.
Caixa de Junção ( PV - Junction Box)
A caixa de junção é uma parte muito importante do painel solar. A caixa de junção é um "gabinete" que fica na parte de trás do painel solar onde as strings (células fotovoltaicas interconectadas em série) estão conectados eletricamente. A caixa de junção fica grudada/colada na parte de trás do painel solar com adesivo de silicone ou uma fita dupla-face especial. Ela possui dentro diodos de by-pass que vão garantir a segurança e o bom funcionamento do painel solar. As caixas de junção já vem com os cabos e conectores especiais (tradicionalmente se utiliza os conectores MC4 ou MC3) que são utilizados para interconectar os painéis solares quando instalados em seu telhado. A caixa de junção representa aproximadamente 6% do custo de fabricação do painel solar.
Obs: as caixas de junção devem ter no mínimo um grau de proteção IP65, mas o ideal é que se tenha o grau IP67. Isso vai garantir que o seu painel solar dure por muito mais tempo prevenindo de corrosões.
Molduras do Painel Solar de Alumínio Anodizado (Frame do Painel Solar)
Ao redor de um painel é adicionada uma moldura de alumínio anodizado especialmente desenvolvida para adicionar robustez ao painel solar e garantir a sua integridade nas mais adversas
situações. Ela serve tanto para proteger o painel na hora da instalação como para assegurar que o painel solar não "torça" causando trinca nas células. Por isso é muito importante que se observe a espessura da moldura que não deve ser menor que 4 centímetros e ter a garantia de que ela foi anodizada para que os seus painéis durem por muito tempo. O frame do painel solar representa aproximadamente 8% do custo dele.
Passo a Passo do Processo de Fabricação de Painéis Fotovoltaicos
Vários processos individuais ligados e contínuos colocam as células fotovoltaicas em um painel fotovoltaico. Os painéis fotovoltaicos devem ser fabricados utilizando-se a melhor tecnologia para que eles possam durar por décadas conforme foram projetados. Veja abaixo as principais etapas na produção do painel solar fotovoltaico tradicional:
Passo 1 - Limpeza do Vidro
A limpeza do vidro especial é fundamental para garantir que não se forme "bolhas" no painel solar depois de laminado e pronto. Sujeira como a gordura dos dedos pode fazer com que o encapsulante descole do vidro com o tempo criando bolhas que podem vir a danificar o painel solar. O ideal é que se use uma máquina específica para fazer este processo onde a água usada para lavar o vidro passa por um processo de osmose reversa.
Passo 2 - Interconexão das Células Fotovoltaicas
A interconexão das células, é uma das partes mais críticas da fabricação do painel solar. As células são interconectadas através de fios condutores feitos de cobre ou alumínio (ou outros materiais), formando-se "strings" (séries de células interconectadas). O lado inferior de uma célula é conectado ao lado superior da célula seguinte até se formar a série de células como o número desejado. Tradicionalmente, nos painéis de 250 ou 260 Watts, existem 6 séries de 10 células cada. Ou seja, são painéis de 60 células. No processo de interconexão uma maquina de solda especial de "contato leve" solda as conexões conforme a imagem abaixo mostra.Importante: quando você olhar uma célula no seu painel solar você poderá visualizar que ela possui 2,3 ou 4 linhas lonjitudinais grossas, que chamamos de Bussbar, e dezenas de linhas mais finas latidudinais. É através da bussbar que é feita a interconexão das células formando-se a série ( na foto abaixo é possível observar que a célula neste caso possui 2 bussbars).
Obs: As células fotovoltaicas com mais bussbars, como 3 ou 4 são mais utilizadas hoje em dia e são mais eficiêntes produzindo mais energia por m²
Veja abaixo uma foto da máquina “Stringer 2000” que faz este processo de interconexão das células fotovoltaicas.
1 – Parte da Frente: A Stringer 2000 é ajustável e pode trabalhar com células de 3 até 5 busbar. Os carretéis de fita (fita de cobre banhada em estanho) são alocados em um local onde podem ser facilmente trocados.2 – Compartimento das células: As células são armazenadas em um compartimento específico que comporta diversos tamanhos de células.3 – Estação de carregamento da célula: A altura do lote de células no compartimento é monitorada através de um sensor. As células são cuidadosamente separadas por uma corrente de ar e gentilmente colocadas na esteira transportadora através de um sistema robótico que usa um processo de sucção (ventosas especialmente concebidas para não danificar fina célula durante este processo).4 – Sistema ótico e transporte: Um sistema ótico garante uma verificação da qualidade e do alinhamento perfeito das células. A primeira unidade da câmara verifica as células para erros geométricos e rachaduras. As células rejeitadas são retiradas com cuidado por uma pinça. As células boas são precisamente colocadas sobre a correia de solda e transporte que faz um processo de pré-aquecimento individual e controlado.5 – Manuseio da Fita: Um equipamento específico que controla o fluxo da fita estica ela para prepara-lá para a próxima etapa: a solda que interconecta uma célula com a outra.6 – Estação de Solda: As células e fitas pré-aquecidas são encaminhadas para a estação de solda, enquanto um sistema a vácuo garante o posicionamento preciso da célula. A solda especial funciona com um único toque, usando a quantidade mínima de energia necessária para produzir uma junta reprodutível e de alta qualidade.7 – Sistema automático de limpeza: Faz a limpeza sistemática da “cabeça” de solda garantindo alto desempenho do equipamento.8 – Esteira de saída e inspeção da célula: a esteira de saída transporta a série de células interconectadas para fora da máquina e, um sistema ótico, testa individualmente as células em um teste de eletroluminescência para verificar se alguma célula foi danificada no processo de interconexão.
Passo 3 – Sistema de Montagem da Matriz de Células (Layup)
O Sistema de Montagem da Matriz de Células também conhecido “layup” é o processo de coletar as séries de células fotovoltaicas interconectadas e posicionar elas sobre o vidro e o EVA. Este processo é delicado e precisa ser feito por uma máquina especial para evitar quebrar as células e garantir o perfeito alinhamento delas no painel solar.
O sistema de “layup” é sempre conectado às Stringers (máquinas de interconexão das células) e deve funcionar em perfeita harmonia para garantir qualidade e velocidade. Na imagem abaixo mostramos o sistema Matrix Assembly System 3.8 BB da Meyer Burger que é capaz de manusear 3800 células fotovoltaicas por hora!
Na foto abaixo: 1 - O sistema de layup é toda a parte superior esquerda da foto onde se pode ver as células em azul. As duas máquinas no canto direito inferior são as Stringers.
2 - Os principais detalhes do processo de layup.
1 – Manipulação: As strings (séries de células) são transportadas pelo braço robótico da máquina que utiliza um sistema de ventosas com molas para garantir que o impacto seja mínimo durante este processo.
2 – Alinhamento: Um sistema ótico analisa o alinhamento das células e faz as correções necessárias para que elas sejam posicionadas corretamente.
3 – Posicionamento: As strings são perfeitamente posicionadas sobre o Vidro e o EVA para que a próxima etapa de fabricação de painéis comece.
Passo 4 – Interconexão Manual
Após a matriz de células ter sido montada e colocada no alinhamento perfeito sobre o vidro e o EVA, a próxima etapa é agora fazer a interconexão manual das séries de células. (este processo pode ser automatizado também). De uma maneira simples as strings de células são soldadas e assim é criada uma ligação elétrica entre elas.
Passo 5 - Posicionamento do EVA e Backsheet
A segunda folha de EVA é colocada com cuidado sobre a matriz de células e em seguida o Backsheet sobre o EVA. Agora o painel esta pronto para entrar na laminadora e se tornar impermeável e protegido.
Passo 6 – Laminação do Painel Solar
Quatro painéis de cada vez entram em uma máquina de laminação. Se fossemos colocar da forma mais simples possível, a laminadora desempenha uma função similar ao de uma máquina de plastificar documentos, mas é claro que trata-se de um processo muito específico e com milhares de fatores que vão impactar na vida útil do seu painel solar.
É durante o processo de laminação que o EVA vai se derreter/fundir e formar uma junção perfeita entre as camadas e assim proteger as células de qualquer ação do tempo como a chuva ou poeira.
As melhores laminadoras do mundo possuem 3 câmaras de processo: 1 - Pré-aquecimento e laminação. 2 - Somente laminação. 3 - Controle de processo de esfriamento do painel solar.
Uma das etapas chave neste processo é o esfriamento do painel solar. As laminadoras de 3 câmaras proporcionam uma curva de esfriamento perfeita assim evitando que o painel solar envergue. Abaixo é possível ver um painel solar já laminado onde o processo de laminação não foi bem controlado e ele esta um pouco envergado:
Passo 7 – Corte da Rebarba:
Quando o painel solar sai da laminadora sobra um pouco do Backsheet e EVA nas laterais do painel. Desta forma um operador utiliza-se de uma ferramenta especial para rapidamente cortar fora a rebarba.
Passo 8 – Caixa de Junção:
A caixa de junção é fácil e rápida para ser instalada. Utiliza-se silicone como selante ou uma fita especial dupla-face para fazer a fixação. No caso de se utilizar o silicone, é necessário deixar os painéis solares um certo tempo fora da linha após grudar a caixa de junção para que o silicone seque corretamente. Conforme explicado antes, ela possui dentro diodos de by-pass que vão garantir a segurança e o bom funcionamento do painel solar.
Passo 9 – Molduras de Alumínio:
Após a instalação da caixa de junção uma prensa, semi-automática ou automática, coloca a moldura de alumínio no painel solar. A moldura de alumínio do painel solar fornece rigidez e proteção para o vidro do painel.
Passo 10 – Teste e Inspeção
A última etapa da linha de produção de painéis solares é fundamental para se garantir a qualidade do painel solar. Tradicionalmente deve-se fazer no mínimo 2 testes (Importante: É necessário fazer outros testes em laboratório para considerar o seu painel seguro e durável. Leia sobre a Certificação do Painel Solar)
B – Flash Test: Usa-se um simulador solar (equipamento que simula a luz do sol) para fazer um “flash” do painel solar. Neste “flash” é possível medir em razão de segundos qual é a potência dele (Ex 260Watts), qual é a eficiência do painel solar (ex: 15.5%) bem como a sua tensão e corrente.
Obs: É fundamental usar um simulador certificado TUV como A+A+A+. A razão pela qual é simples: O painel solar é vendido em R$ por Watt. Se você mede errado pode deixar de faturar milhões de reais ou ser processado por vender um painel que não tem a potência prometida.
A – Teste de Eletroluminescência (EL Test): Este teste tem como finalidade fazer um “raio X” do painel solar. Uma quantidade de corrente é injetada no painel solar e uma foto em infravermelho revela se o painel possui células compatíveis e se existem microfissuras. Todos os bons fabricantes fazem este teste e guardam este “raio X” e o número serial do painel caso precisem no futuro.
Passo 11 – Separação e empacotamento dos Painéis Solares
Esta é a última etapa de uma linha de montagem de paneis fotovoltaicos. De acordo com o resultado do Flash test e do EL Test os painéis solares são separados em categorias de potência (ex: 250W, 255W, 260W, 265W…) embalados e despachados para o cliente.
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