Novembro 13, 2019

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Módulos monocristalinos vão dominar o mercado de energia solar

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Ad Retangular Aldo (Início: 05/09/2019

Ad Retang - Fronius (Início: 18/09/2019)

Introdução

Por que no mercado coexistem as tecnologias mono e policristalina? O silício monocristalino é melhor do que o poli? O policristalino é mais barato? O que determina a quantidade de módulos mono ou policristalinos que cada fabricante coloca no mercado? Por que e como eles escolhem uma ou outra tecnologia? Essas são perguntas que durante muito tempo estiveram no ar.

O silício policristalino é fabricado a partir de um grande número de pequenos cristais que são derretidos para formar blocos sólidos de silício a partir dos quais são produzidas as células. As fronteiras existentes entre os múltiplos cristais dificultam a passagem da corrente elétrica,  o que justifica a reduzida eficiência desse tipo de material em comparação com o silício monocristalino. Entretanto, a fabricação do silício policristalino requer menos energia e produz menos desperdício de matéria prima, o que torna seu custo mais baixo.

O silício monocristalino, por outro lado, é formado por um bloco cristalino único, originando células mais eficientes e permitindo a fabricação de módulos fotovoltaicos com maior potência por área, o que requer menos espaço físico para a geração de energia em larga escala e melhora o retorno do investimento das usinas solares. Todavia, a fabricação do silício monocristalino é mais complexa e demanda quantidades maiores de energia e matéria prima.

Tipicamente os módulos policristalinos encontrados no mercado têm potências menores em comparação com seus similares monocristalinos. Módulos policristalinos convencionais de 60 células com muita dificuldade rompem a barreira dos 300W, enquanto os monocristalinos com o mesmo número de células ultrapassam facilmente esse número. Módulos mono-PERC com células cortadas ao meio (half cell) ou com células maiores, produzidas a partir de lingotes de maior diâmetro, podem alcançar potências de 340W ou superiores. (Veja neste artigo do Canal Solar o que são as células PERC: Tecnologia PERC - a nova geração de células fotovoltaicas)

Ascensão e queda do silício policristalino

Os volumes de produção ao longo da história sempre revelaram o predomínio da tecnologia poli em detrimento da monocristalina. Em alguns momentos eles estiveram lado a lado, mas o silício policristalino durante a década passada foi o carro chefe da indústria fotovoltaica, com volumes de produção elevados e custo final menor para o mercado consumidor. Apesar de sua eficiência menor, o custo reduzido de fabricação do silício policristalino sempre proporcionou a essa tecnologia uma grande vantagem competitiva. O silício monocristalino tradicionalmente mantinha-se restrito a um nicho menor do mercado que buscava a máxima eficiência e aceitava pagar o preço.

O gráfico abaixo revela o resultado de um estudo do Instituto Fraunhofer, da Alemanha, sobre a produção mundial de módulos fotovoltaicos até 2017. No início da década de 2000 as produções de módulos mono e policristalinos estavam relativamente equilibradas. A partir do ano de 2012 a produção do silício policristalino começou a predominar, reduzindo a participação do monocristalino no mercado. No mesmo gráfico observamos também o comportamento dos módulos de filmes finos, um outro tipo de tecnologia que tem participação muito reduzida no mercado de energia solar.

Figura 1: Participação dos diversos tipos de silício no mercado de módulos fotovoltaicos até 2017. Fonte: Instituto Fraunhofer.

Os gráficos que vamos apresentar a seguir, por outro lado, mostram que o placar do jogo “mono x poli” está mudando. Dominante até o ano de 2018, a produção do silício policristalino começou a entrar em declínio a partir de 2019 e a tecnologia parece estar com seus dias contados de acordo com as projeções para os próximos anos. Após muitos anos de reinado absoluto, o silício policristalino deverá finalmente ceder espaço para o monocristalino, cujo volume de produção vai ser superior a 84% do mercado em 2023, conforme a previsão do gráfico da Figura 2.

A partir de 2019 a produção mundial de silício mono superou a do policristalino. As previsões indicam que o silício policristalino caminha rumo à extinção.

Essa inversão ocorrida no mercado fotovoltaico em 2019, com a derrocada do silício policristalino e a ascensão do monocristalino, em parte pode ser explicada pela redução do custo de fabricação do silício monocristalino com a introdução de duas técnicas na indústria: produção de wafers mais finos por serragem com fio diamantado e a produção de células passivadas de alta eficiência, conhecidas como células PERC. Falamos sobre essas duas técnicas industriais neste artigo anterior do Canal Solar: Tecnologias de células fotovoltaicas com passivação


Figura 2: Gráfico ilustrando o percentual de participação do mercado dos silícios poli e monocristalino – cenário até 2019 e previsão a partir de 2020. Fonte: PV InfoLink

Figura 3: Gráfico ilustrando o volume de produção mundial (em GW) de módulos fotovoltaicos cristalinos com diversas tecnologias: silício policristalino, silício poli-PERC, silício monocristalino convencional do tipo P, silício mono-PERC do tipo P e silício monocristalino de alta eficiência do tipo N – cenário até 2019 e previsão a partir de 2020. Fonte: PV InfoLink

Na Figura 3 observa-se o seguinte cenário: o volume de fabricação mundial de silício policristalino sofreu uma inversão a partir de 2019 e deverá seguir em queda. A participação do silício monocristalino padrão também será reduzida, abrindo espaço para o domínio do silício mono-PERC. O silício monocristalino PERC do tipo P vai ser o grande player do mercado nos próximos anos, acompanhado do silício do tipo N no segmento de maior eficiência. As células solares de silício do tipo N são uma nova tecnologia que está surgindo – falaremos sobre ela em um próximo artigo do Canal Solar.

Vários fabricantes mundiais estão atualmente abandonando a fabricação do silício policristalino. De acordo com as previsões dos gráficos mostrados anteriormente, a extinção do silício policristalino já foi praticamente anunciada no mercado mundial. Esse forte movimento em direção ao silício monocristalino é liderado por empresas chinesas como Jinko, Longi e JA.

Em consulta ao departamento técnico da Jinko recebi deles as seguintes justificativas a respeito da preferência pelo silício monocristalino: "Devido à melhoria contínua da tecnologia e à inovação dos processos de fabricação, a capacidade de produção do silício monocristalino cresceu enquanto seu custo relativo caiu. Isso, junto com o aumento de eficiência proporcionado pelas células mono-PERC, possibilitou uma completa revolução no mercado fotovoltaico, com a atenção do mercado voltada à alta eficiência de conversão no lugar do custo mais baixo. Módulos monocristalinos de alta eficiência permitem a redução do custo da energia gerada pelas usinas fotovoltaicas". O fabricante ainda acrescentou, a respeito da tecnologia mono-PERC, as seguintes vantagens: "redução do custo de instalação das usinas fotovoltaicas (menos módulos são usados), maior geração (alta eficiência), menor degradação anual da potência de saída (0,6% ao ano), requer menos área para instalação (mais potência por área com módulos que chegam a 20% de eficiência e 405W)".

Mudanças do mercado solar

As principais razões dessa mudança que remete ao desaparecimento do silício policristalino são a redução da diferença de preço entre os silícios mono e policristalino e a preferência do mercado mundial por módulos de maior eficiência. Mas isso não é tudo. O mercado chinês, principal fabricante e ao mesmo tempo maior consumidor de módulos fotovoltaicos, tem uma parcela de culpa na morte anunciada do silício policristalino.

Um anúncio da redução de subsídios e incentivos para a geração fotovoltaica feito pelo governo chinês em maio de 2018 abalou e contrariou todas as expectativas do mercado mundial. Conhecida como “Política 531”, a brusca mudança da China na tentativa de regular o mercado fotovoltaico provocou a desaceleração e o desaparecimento de alguns fabricantes de células e módulos fotovoltaicos.

No sistema até então vigente o Ministério da Energia chinês definia metas anuais para a instalação de usinas solares em projetos que eram viabilizados por meio de subsídios. Com a nova política, que passou a vigorar de forma imediata desde seu anúncio, as metas de novas usinas foram retiradas e novos projetos que dependiam de subsídios foram simplesmente cancelados.

A motivação do governo chinês, segundo fontes oficiais, foi promover o desenvolvimento sustentável do mercado, estimulando a qualidade e acelerando a retirada dos subsídios para o mercado solar.

Ao mesmo tempo em que a produção de módulos fotovoltaicos diminuiu como efeito repentino da nova política, a demanda de energia elétrica da China não para de crescer, o que também ajuda a explicar a preferência por módulos monocristalinos de maior eficiência em um mercado mais difícil e sujeito a novas regras, além da preferência também dos mercados norte-americano e europeu por módulos mais eficientes.

Já se sabia que a longo prazo o silício monocristalino iria dominar o mercado, mas o anúncio da nova política chinesa foi um fator decisivo para a brusca redução do volume de produção de silício policristalino e o repentino aumento da produção do silício monocristalino que observamos em 2019.

Também certamente contribuiu para a guinada do silício monocristalino o programa “Top Runner” do governo chinês, que desde 2016 vem estimulando o desenvolvimento tecnológico e o aumento da eficiência da indústria fotovoltaica. Com esse programa o governo chinês estimulou (ou praticamente obrigou) muitos fabricantes a investir em melhorias para alcançar as exigências de qualidade e eficiência impostas pelo programa.

Para muitos fabricantes a saída encontrada para atender o programa “Top Runner” do Ministério da Indústria chinês foi investir na adaptação de suas linhas para a produção de células PERC. O mecanismo do programa consiste em reservar fatias do mercado de usinas solares para projetos que utilizam módulos que atendem as exigências mínimas de eficiência. Isso deu início a uma verdadeira corrida dos fabricantes, num “vale tudo” pela busca da máxima eficiência.

O programa “Top Runner” resultou em várias inovações na fabricação de módulos fotovoltaicos que hoje são encontradas nos módulos mais recentes. Além da presença das células PERC, que já se tornaram padrão de mercado, o mercado hoje dispõe de produtos do tipo half cell, shingle cell, multi bus bar, double glass, bifaciais e outras invenções que vamos analisar em futuros artigos do Canal Solar.

As primeiras fases do programa “Top Runner” originaram resultados significativos na melhoria da qualidade de células e módulos fotovoltaicos, empurrando o mercado global de módulos fotovoltaicos para um novo patamar. Metas de eficiência que eram requisitos do programa vieram depois a tornar-se padrões mundialmente adotados pela indústria. Nem é preciso dizer que, no contexto da busca pela máxima eficiência estimulada pelo programa, não sobrou qualquer espaço para o silício policristalino.

Conclusões

Finalmente, podemos concluir que uma combinação de fatores indica que a fabricação de módulos de silício policristalino vai praticamente desaparecer nos próximos anos, abrindo espaço para o domínio definitivo do silício monocristalino. Para o mercado consumidor os impactos dessa tendência serão positivos, pois a diferença de preço entre mono e poli está diminuindo e módulos de maior potência e mais eficientes estão chegando ao mercado a uma velocidade acelerada.

Os impactos para o consumidor serão positivos, pois o preço do silício monocristalino está caindo e módulos de maior potência e mais eficientes estão chegando ao mercado.

Os efeitos da guerra “mono x poli” já podem ser sentidos no Brasil, com uma presença cada vez maior de módulos monocristalinos nos principais distribuidores de materiais fotovoltaicos. Em sintonia com a nova tendência mundial, alguns distribuidores brasileiros já fizeram a transição total para o silício monocristalino e não possuem mais módulos policristalinos em seus estoques.

O silício policricristalino vai praticamente desaparecer do mercado e o monocristalino vai dominar o setor solar.

Em sintonia com a tendência mundial, alguns distribuidores brasileiros já fizeram a transição total para o silício monocristalino. 


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Referências

China’s Plan For Solar World Domination: The ‘Top Runner’ Program, Solar Quotes, 27/06/2017, https://www.solarquotes.com.au/blog/chinas-top-runner-program/

Secrets of monocrystalline silicon, PV Magazine, 24/11/2018, https://www.pv-magazine.com/2018/11/24/the-weekend-read-secrets-of-monocrystalline-silicon/
Photovoltaics Report, Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, ISE with support of PSE Conferences & Consulting GmbH Freiburg, 14/03/2019, www.ise.fraunhofer.de

Why did China tap the Brakes on its solar program?, Forbes, 06/06/2018, https://www.forbes.com/sites/rrapier/2018/06/05/why-did-china-tap-the-brakes-on-its-solar-program/#5c8ebfa3686f

Top Runners - China moves to upgrade its PV industry from quantity to quality, Beijing Review, 30/08/2018, http://www.bjreview.com/Business/201808/t20180827_800139207.html

Bid Winners of China’s Top Runner Program (3rd phase) Have Been Announced, Mono-Si Products Account for More than 60%, Energy Trend, 24/05/2018, https://www.energytrend.com/research/20180524-12311.html

China’s ‘Top Runner’ solar program becomes dominated by P-type mono PERC modules, PV Tech, 25/05/2018, https://www.pv-tech.org/news/chinas-top-runner-solar-program-becomes-dominated-by-p-type-mono-perc-modul

Top runner program in China: A theoretical analysis for potential subsidies, Energy Strategy Reviews 21(1):157-162, 08/2018

China's solar industry is at a crossroads, China Dialogue, 13/08/2018, https://www.chinadialogue.net/article/show/single/en/10775-China-s-solar-industry-is-at-a-crossroads

China’s PV manufacturers after ‘531’: What makes a winner in overseas Market, PV Tech, 21/11/2018, https://www.pv-tech.org/guest-blog/chinas-pv-manufacturers-after-531-what-makes-a-winner-in-overseas-market

China-531 to accelerate demise of multi; polysilicon consumption decline to 3g/W by 2022, PV Tech, 06/11/218, https://www.pv-tech.org/editors-blog/49465

Mono and multi production 50:50 in 2018, but mono is the future, PV Tech, 09/05/2019, https://www.pv-tech.org/editors-blog/mono-and-multi-production-5050-in-2018-but-mono-is-the-future

Polysilicon consumption to decline below 4g/W in Q3 2018, 20/02/2018, https://www.pv-tech.org/news/polysilicon-consumption-to-decline-below-4g-w-in-q3-2018

China putting major brakes on solar deployment as new market rules imposed, PV Tech, 04/06/2018, https://www.pv-tech.org/news/china-putting-major-breaks-on-solar-deployment-as-new-market-rules-imposed

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Last modified on Domingo, 10 Novembro 2019 17:45
Marcelo Gradella Villalva

Especialista em sistemas fotovoltaicos. Doutor (PhD), Mestre e Graduado em Engenharia Elétrica. É docente e pesquisador do quadro permanente da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) da UNICAMP - Universidade Estadual de Campinas. Diretor do LESF - Laboratório de Energia e Sistemas Fotovoltaicos da UNICAMP. Autor de mais de 200 artigos técnicos de alcance internacional nas áreas de eletrônica de potência e sistemas fotovoltaicos. Autor do livro "Energia Solar Fotovoltaica - Conceitos e Aplicações". Pioneiro em treinamentos em sistemas fotovoltaicos no Brasil. É coordenador do programa de Extensão em Energia Solar Fotovoltaica da UNICAMP (http://cursosolar.com.br), onde apresenta cursos de Introduçao à Energia Solar Fotovoltaica, Projeto e Dimensionamento de Sistemas com PVSyst e Instalação e Integração de Sistemas Conectados à Rede Elétrica.

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