A maioria dos painéis solares que cobrem os telhados, campos e desertos do mundo hoje compartilham o mesmo ingrediente: silício cristalino. O material, feito de polissilício bruto, é moldado em wafers e conectado a células solares, dispositivos que convertem a luz solar em eletricidade. Recentemente, a dependência da indústria desta tecnologia singular tornou-se uma espécie de risco. Gargalos na cadeia de suprimentosestão desacelerandonovas instalações solares em todo o mundo. Principais fornecedores de polissilício na região chinesa de Xinjiang —acusado de usar trabalho forçado de uigures– estão enfrentando sanções comerciais dos EUA.
Felizmente, o silício cristalino não é o único material que pode ajudar a aproveitar a energia do sol. Nos Estados Unidos, cientistas e fabricantes estão trabalhando para expandir a produção da tecnologia solar de telureto de cádmio. O telureto de cádmio é um tipo de célula solar de “película fina” e, como o nome sugere, é muito mais fino do que uma célula de silício tradicional. Hoje, os painéis que utilizam telureto de cádmiofornecer cerca de 40 por centodo mercado de serviços públicos dos EUA e cerca de 5% do mercado solar global. E eles podem se beneficiar dos ventos contrários que a indústria solar mais ampla enfrenta.
“É um momento muito volátil, especialmente para a cadeia de fornecimento de silício cristalino em geral”, disse Kelsey Goss, analista de pesquisa solar do grupo de consultoria em energia Wood Mackenzie. “Há um grande potencial para os fabricantes de telureto de cádmio conquistarem mais participação de mercado no próximo ano.” Especialmente, observou ela, porque o setor do telureto de cádmio já está em expansão.
Em junho, o fabricante de energia solar First Solar disse que iriainvestir US$ 680 milhõesem uma terceira fábrica solar de telureto de cádmio no noroeste de Ohio. Quando a instalação estiver concluída, em 2025, a empresa poderá produzir 6 gigawatts de painéis solares na área. Isso é suficiente para abastecer cerca de 1 milhão de lares americanos. Outra empresa solar sediada em Ohio, a Toledo Solar, entrou recentemente no mercado e está fabricando painéis de telureto de cádmio para telhados residenciais. E em junho, o Departamento de Energia dos EUA e o seu Laboratório Nacional de Energia Renovável, ou NREL,lançou um programa de US$ 20 milhõespara acelerar a pesquisa e aumentar a cadeia de abastecimento de telureto de cádmio. Um dos objetivos do programa é ajudar a isolar o mercado solar dos EUA das restrições de abastecimento global.
Pesquisadores do NREL e da First Solar, anteriormente chamada de Solar Cell Inc., trabalharam juntos desde o início da década de 1990 para desenvolvertecnologia de telureto de cádmio. O cádmio e o telureto são subprodutos da fundição de minérios de zinco e do refino de cobre, respectivamente. Enquanto as pastilhas de silício são ligadas entre si para formar células, o cádmio e o telureto são aplicados como uma camada fina – cerca de um décimo do diâmetro de um fio de cabelo humano – num painel de vidro, juntamente com outros materiais condutores de eletricidade. A First Solar, hoje a maior fabricante mundial de filmes finos, forneceu painéis para instalações solares em 45 países.
A tecnologia tem certas vantagens sobre o silício cristalino, disse a cientista do NREL Lorelle Mansfield. Por exemplo, o processo de filme fino requer menos materiais do que a abordagem baseada em wafer. A tecnologia de película fina também é adequada para uso em painéis flexíveis, como aqueles que cobrem mochilas ou drones ou são integrados em fachadas e janelas de edifícios. É importante ressaltar que os painéis de película fina têm melhor desempenho em temperaturas altas, enquanto os painéis de silício podem superaquecer e tornar-se menos eficientes na geração de eletricidade, disse ela.
Mas o silício cristalino tem vantagem em outras áreas, como a eficiência média – ou seja, a porcentagem de luz solar que os painéis absorvem e convertem em eletricidade. Historicamente, os painéis de silício tiveram eficiências mais altas do que a tecnologia de telureto de cádmio, embora a lacuna esteja diminuindo. Os painéis de silício produzidos industrialmente hoje podem atingir eficiências de18 a 22 por cento, enquanto a First Solar relatou uma eficiência média de 18% para seus mais novos painéis comerciais.
Ainda assim, a principal razão pela qual o silício dominou o mercado global é relativamente simples. “Tudo se resume ao custo”, disse Goss. “O mercado solar tende a ser altamente impulsionado pela tecnologia mais barata.”
O silício cristalino custa cerca de US$ 0,24 a US$ 0,25 para produzir cada watt de energia solar, o que é menos do que outros concorrentes, disse ela. A First Solar disse que não informa mais o custo por watt para produzir seus painéis de telureto de cádmio, apenas que os custos “diminuíram significativamente” desde 2015 – quando a empresacustos relatados de US$ 0,46 por watt– e continuam a cair todos os anos. Existem algumas razões para o relativo baixo custo do silício. A matéria-prima polissilício, que também é usada em computadores e smartphones, está mais amplamente disponível e é mais barata do que os suprimentos de cádmio e telureto. À medida que as fábricas de painéis de silício e componentes relacionados aumentaram, os custos globais de produção e instalação da tecnologia diminuíram. O governo chinês também tem fortementeapoiado e subsidiadoo setor solar de silício do país - tanto quecerca de 80 por centoda cadeia mundial de fornecimento de fabricação de energia solar agora passa pela China.
A queda nos custos dos painéis impulsionou o boom solar global. Na última década, a capacidade solar total instalada no mundo aumentou quase dez vezes, de cerca de 74.000 megawatts em 2011 para quase 714.000 megawatts em 2020,de acordo coma Agência Internacional de Energia Renovável. Os Estados Unidos representam cerca de um sétimo do total mundial, e a energia solar é agorauma das maiores fontesde nova capacidade elétrica instalada nos EUA todos os anos.
Da mesma forma, espera-se que o custo por watt do telureto de cádmio e de outras tecnologias de película fina diminua à medida que a produção se expande. (Primeiro Solar dizque quando a sua nova instalação em Ohio for inaugurada, a empresa oferecerá o menor custo por watt em todo o mercado solar.) Mas o custo não é a única métrica que importa, como deixam claro os actuais problemas da cadeia de abastecimento e as preocupações laborais da indústria.
Mark Widmar, CEO da First Solar, disse que a expansão planejada de US$ 680 milhões da empresa faz parte de um esforço maior para construir uma cadeia de fornecimento autossuficiente e “desacoplar” a indústria solar dos EUA da China. Embora os painéis de telureto de cádmio não utilizem nenhum polissilício, a First Solar sentiu outros desafios enfrentados pela indústria, como atrasos induzidos pela pandemia na indústria de transporte marítimo. Em abril, a First Solar disse aos investidores que o congestionamento nos portos americanos estava atrasando os envios de painéis provenientes das suas instalações na Ásia. O aumento da produção nos EUA permitirá à empresa utilizar estradas e ferrovias para transportar seus painéis, e não navios de carga, disse Widmar. E o programa de reciclagem existente da empresa para os seus painéis solares permite-lhe reutilizar materiais muitas vezes, reduzindo ainda mais a sua dependência de cadeias de abastecimento e matérias-primas estrangeiras.
À medida que a First Solar produz painéis, os cientistas da empresa e do NREL continuam a testar e melhorar a tecnologia de telureto de cádmio. Em 2019, os parceirosdesenvolveu uma nova abordagemisso envolve “dopar” os materiais de película fina com cobre e cloro para alcançar eficiências ainda maiores. No início deste mês, o NRELanunciou os resultadosde um teste de campo de 25 anos em suas instalações externas em Golden, Colorado. Um conjunto de 12 painéis de telureto de cádmio estava operando com 88% de sua eficiência original, um forte resultado para um painel que ficou do lado de fora por mais de duas décadas. A degradação “está em linha com o que os sistemas de silício fazem”, de acordo com o comunicado do NREL.
Mansfield, cientista do NREL, disse que o objetivo não é substituir o silício cristalino pelo telureto de cádmio ou estabelecer uma tecnologia como superior à outra. “Acho que há lugar para todos eles no mercado e cada um deles tem suas aplicações”, disse ela. “Queremos que toda a energia vá para fontes renováveis, por isso realmente precisamos de todos esses diferentes tipos de tecnologia para enfrentar esse desafio.”
Horário da postagem: 17 de setembro de 2021