Painéis fotovoltaicos de energia solar

Célula fotolétrica

Célula fotolétrica

Em eletrônica, uma célula fotoelétrica ou uma célula fotovoltaica é um dispositivo elétrico / eletrônico que converte a energia incidente da radiação solar em eletricidade através do efeito fotovoltaico. As células fotovoltaicas são os componentes básicos dos módulos fotovoltaicos, que são painéis solares capazes de gerar energia elétrica a partir da radiação solar. É, portanto, o elemento básico essencial para esse tipo de energia renovável.

Compostos de um material que possui um efeito fotoelétrico absorvem fótons de luz e emitem elétrons. Quando esses elétrons livres são capturados, o resultado é uma corrente elétrica que pode ser usada como eletricidade. Um painel fotovoltaico é composto por um grupo de células fotoelétricas formando. Esse grupo de células fotovoltaicas forma uma rede de células solares conectadas em circuito em série para aumentar a tensão de saída enquanto conecta várias redes em circuito paralelo para aumentar a corrente elétrica que é capaz de fornecer o dispositivo. O tipo de corrente elétrica que ele fornece é corrente contínua.

A eficiência média de conversão obtida pelas células fotovoltaicas comercialmente disponíveis produzidas a partir do silício monocristalino é menor que a das células multicamadas, geralmente o arseneto de gálio. Atualmente também existem novas tecnologias na produção de painéis solares que não utilizam silício, por exemplo, com semicondutores de telureto de cádmio, arseneto de gálio e disselenureto de cobre índio.

Descrição da célula fotovoltaica

A célula solar fotovoltaica mais comum é uma folha de silício cristalino com uma espessura de aproximadamente 0,3 mm. O processo de elaboração é de um nível sofisticado e delicado para conseguir uma homogeneidade do material.

O campo elétrico é gerado a partir da polarização diferente de duas zonas da célula fotovoltaica. Geralmente, a parte superior tem um caráter negativo e o lado positivo para criar a junção p-n.

Consegue-se, assim, que uma de suas zonas tenha:

  • Defeito de elétron, chamado p ou zona positiva, ou anodo ou receptor. Geralmente, é conseguido adicionando ao silício puro uma pequena parte de boro que só tem 3 elétrons de valência.
  • Excesso de elétrons, chamado n ou negativo, ou cátodo ou emissor. Geralmente formada pela difusão do fósforo que possui 5 elétrons na última órbita.

Devido a essa diferença de carga elétrica no material, o campo elétrico responsável por empurrar os elétrons para fora da célula é produzido pela superfície da camada N, o que implica o estabelecimento de uma corrente elétrica.

A célula solar está equipada com contatos elétricos para canalizar a energia que produz quando é iluminada. Esses contatos são projetados de maneira ramificada (no lado ensolarado). Há dois principais e, além disso, há os ramos que se juntam a eles para coletar melhor os elétrons em toda a superfície da célula. O objetivo é combinar um bom contato elétrico, baixa resistividade e fazer o mínimo de sombra para que os fótons atinjam o material ativo da célula.

No lado de trás, os contatos geralmente formam um quadro apertado ou até uma folha contínua que permite a redução do valor da resistência interna.

Princípio de funcionamento da célula fotovoltaica

Quando uma célula solar fotovoltaica é conectada a uma carga ou consumo e, ao mesmo tempo, iluminada pelo Sol, gera uma diferença de potencial entre seus contatos que causa a circulação dos elétrons através da carga.

Sob essas condições, a célula funciona como um gerador de corrente. A seguir, descreveremos com um pouco mais de detalhes os diferentes processos que tornam isso possível:

  • Fótons que alcançam o interior da célula e têm uma energia cinética igual ou superior ao impacto da energia de valência no material e geram pares de portadores (eletro-buraco).
  • O campo elétrico, ou diferença de potencial, produzido pela junção p-n separa os portadores antes que as recombinações possam ocorrer.

Podemos dizer que a corrente gerada por uma célula solar fotovoltaica iluminada e conectada a uma carga é o resto entre sua capacidade bruta de produção e as perdas por recombinação entre elétrons e fótons.

Aplicações da célula fotoelétrica

Células fotovoltaicas são algumas vezes usadas sozinhas (iluminação de jardins, calculadoras, ...) ou agrupadas em painéis solares fotovoltaicos.

Eles são usados para substituir as baterias (a energia é de longe a mais cara para o usuário), as células invadiram as calculadoras, relógios, dispositivos, etc.

É possível aumentar sua faixa de uso armazenando-a com um (condensador ou bateria elétrica). Quando usado com um dispositivo para armazenar energia, um diodo deve ser colocado em série para evitar a descarga do sistema durante a noite.

Eles são usados para produzir eletricidade para muitas aplicações (satélites, parquímetros, ...) e para alimentar casas ou em uma rede pública no caso de uma usina solar fotovoltaica.

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Última revisão: 25 de maio de 2018