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Painéis fotovoltaicos de energia solar

Energia solar fotovoltaica

Energia solar fotovoltaica

A energia solar fotovoltaica consiste na transformação direta da radiação solar em energia elétrica. Esse tipo de energia é freqüentemente chamado diretamente de energia fotovoltaica.

Essa transformação em energia elétrica é alcançada aproveitando as propriedades dos materiais semicondutores usando células fotovoltaicas. O material mais comum usado para sistemas fotovoltaicos é o silício amorfo, policristalino ou monocristalino, telureto de cádmio e seleneto / sulfeto de cobre e índio.

A energia solar fotovoltaica possui vantagens específicas como fonte de energia:

A produção de energia pode ser em larga escala para consumo geral ou em pequena escala para consumo em pequenas casas, cabanas nas montanhas ou locais isolados.

Qual é a situação atual da energia fotoelétrica?

A energia fotovoltaica é a terceira maior fonte de energia renovável em termos de capacidade global. As fontes renováveis ​​que ocupam a primeira posição estão atrás da energia hidrelétrica e eólica.

A Agência Internacional de Energia espera um crescimento de 700 a 880 GW de 2019 a 2024. Segundo a previsão, a energia fotovoltaica pode se tornar a tecnologia com a maior capacidade instalada em meados da década de 2020.

Em 2018, a capacidade fotovoltaica instalada em todo o mundo aumentou para mais de 515 gigawatts (GW), cobrindo aproximadamente dois por cento da demanda global de eletricidade.

Como a radiação solar é transformada em eletricidade?

Os painéis fotovoltaicos são usados ​​para transformar a radiação solar em eletricidade. Estes painéis são constituídos por células fotovoltaicas. Essas células têm a particularidade de que, quando recebem radiação do sol, geram uma corrente elétrica.

As instalações fotovoltaicas podem ser montadas no chão, no telhado, na parede ou flutuando. A montagem pode ser consertada ou usar um rastreador solar para acompanhar o sol no céu.

Silício

A fabricação de células fotovoltaicas é um processo caro, economicamente e com o tempo. O silício com o qual a maioria das células fotovoltaicas é feita é um material muito abundante na Terra. No entanto, o processamento de silício é trabalhoso e complicado. Os lingotes de silicone são feitos através de processos muito complicados. Posteriormente, as bolachas ( células fotovoltaicas) serão cortadas desses lingotes de silício.

Outra fonte para obter silício é a reciclagem da indústria eletrônica.

Outros materiais de alto desempenho estão sendo preparados no momento.

Qual a eficiência da energia fotovoltaica?

Energia solar fotovoltaica

Dependendo da construção, os módulos fotovoltaicos podem produzir eletricidade a partir de uma faixa específica de frequências de luz. Em geral, no entanto, ele não pode cobrir toda a faixa solar (especificamente, ultravioleta, infravermelho e luz baixa ou difusa).

Grande parte da energia da luz solar incidente não é aproveitada por painéis solares. Se os painéis fossem iluminados com luz monocromática, poderiam ser obtidas eficiências muito mais altas.

Portanto, outro conceito de projeto é dividir a luz em diferentes comprimentos de onda e direcionar os feixes para diferentes células sintonizadas nessas faixas. Isso foi projetado para aumentar a eficiência em 50%.

Cientistas da Spectrolab, uma subsidiária da Boeing, relataram o desenvolvimento de células solares de múltiplas junções com uma eficiência de mais de 40%. Essa melhoria foi um novo recorde mundial para células solares fotovoltaicas. Os cientistas da Spectrolab também prevêem que a concentração de células solares pode atingir eficiências de mais de 45% ou até 50% no futuro, com eficiências teóricas de cerca de 58% em células com mais de três junções.

Atualmente, a melhor taxa de conversão da luz solar em energia fotovoltaica em novos produtos comerciais atinge uma eficiência de módulo solar de cerca de 21,5%.

Quais são os usos e aplicações da energia solar fotovoltaica?

Energia solar fotovoltaica

A principal aplicação de uma instalação de energia solar fotovoltaica é a produção de energia elétrica a partir de radiação solar.

Os sistemas fotovoltaicos variam de pequenos sistemas montados no telhado ou integrados ao prédio, com capacidades que variam de algumas dezenas a várias dezenas de quilowatts, a grandes usinas de centenas de megawatts em escala de utilidade pública.

As principais aplicações são as seguintes:

  • Sistemas integrados em telhados e edifícios. Os sistemas fotovoltaicos no telhado são frequentemente adaptados aos edifícios existentes, geralmente montados na estrutura do telhado ou nas paredes existentes.
  • Coletor solar fotovoltaico térmico híbrido Esses sistemas são sistemas que convertem a radiação solar em energia térmica e elétrica.
  • Concentrador fotovoltaico. Os hubs usam lentes e espelhos curvos para focalizar a luz do sol em pequenas células solares. Desta forma, é alcançada uma potência fotovoltaica muito maior.
  • Eletrificação rural. Este tipo de aplicação solar é usado em aldeias rurais, onde as linhas elétricas estão muito distantes da população.
  • Usinas de energia. Essas usinas são fazendas solares para obter uma alta produção de energia elétrica.
  • Solar flutuante. Sistemas flutuantes de energia solar são instalados onde há pouca superfície disponível. Os painéis solares, neste caso, estão flutuando em uma superfície aquática, como em um pântano, lago, etc.
  • Sistemas independentes. O exemplo mais claro desses sistemas são calculadoras solares.
  • No transporte. Usado para obter força motriz.
  • Telecomunicações e sinalização.
  • Aplicações de naves espaciais.

Instalações isoladas e conectadas à rede

Principalmente dois tipos de instalações fotovoltaicas são diferenciados:

  • Instalações fotovoltaicas conectadas à rede, onde a energia produzida é utilizada inteiramente para venda à rede de distribuição de energia elétrica.
  • Instalações fotovoltaicas isoladas em grade que são usadas para autoconsumo, seja uma casa isolada, uma estação repetidora de telecomunicações ou outros locais remotos. Permite obter eletricidade, bombear água para irrigação, etc.

Entre as aplicações de energia fotovoltaica não conectadas à rede, encontramos muitas áreas da vida cotidiana. A energia fotovoltaica é usada em pequenos dispositivos, como calculadoras, como a iluminação pública em certas áreas, para eliminar motores elétricos, e até automóveis e aviões foram desenvolvidos que operam exclusivamente, aproveitando a radiação solar como fonte de energia.

Dentro das instalações fotovoltaicas conectadas à rede, existem usinas de energia solar fotovoltaica. Uma usina fotovoltaica, também um parque solar, é uma grande usina de geração de energia projetada para a venda de sua produção à rede elétrica. Também é conhecida como fazenda solar, especialmente se estiver localizada em áreas agrícolas.

História da energia fotovoltaica

A energia fotovoltaica gerada com o efeito fotovoltaico foi reconhecida pela primeira vez em 1839 pelo físico francês Becquerel. No entanto, não foi até 1883 que a primeira célula solar foi construída por Charles Fritts com uma eficiência de 1%. Durante a primeira metade do século 20, houve várias melhorias para aumentar sua eficiência.

Em 1946, Russel Ohl patenteou a ligação moderna entre os materiais semicondutores atualmente utilizados. Mas o avanço tecnológico mais importante ocorreu em 1954, quando a Bell Laboratories, experimentando semicondutores, desenvolveu a primeira célula fotovoltaica de silício, com um rendimento de 4,5%.

 

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    Referências

    1. Roper, L. David. Energia Fotovoltaica Mundial
    2. Swanson, RM (2009). Energia fotovoltaica
    3. «Efeito fotovoltaico»   Mrsolar.com
    4. «O efeito fotovoltaico»   Encyclobeamia.solarbotics.net.
    5. "A energia fotovoltaica já está esfregando os ombros com energia nuclear" . O jornal de energia.
    6. "Renováveis ​​2019" . IEA. Consultado em 26 de janeiro de 2020.
    7. "Relatório fotovoltaico 2019"  (PDF). Fraunhofer ISE.

    Última revisão: 25 de março de 2020