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Painéis fotovoltaicos de energia solar

Célula fotovoltaica

Célula fotovoltaica

Na 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.

Os compostos de um material com 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 consiste em um grupo de células fotoelétricas em formação. Este 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 o dispositivo é capaz de fornecer. O tipo de corrente elétrica que fornece é corrente direta.

A eficiência média de conversão obtida por células fotovoltaicas comercialmente disponíveis, produzidas a partir de silício monocristalino, é menor do que a de células multicamadas, geralmente arseneto de gálio. Atualmente, também existem novas tecnologias na produção de painéis solares que não usam silício.

Descrição da célula fotovoltaica

A célula solar fotovoltaica mais comum é uma folha de silício cristalino com uma espessura aproximada de 0,3 mm. O processo de fabricação é de um nível sofisticado e delicado, a fim de obter uma homogeneidade do material.

O campo elétrico é gerado a partir da polarização diferente de duas áreas da célula fotovoltaica. Geralmente, a parte superior tem um caráter negativo e o restante positivo para criar a junção pn.

Consegue-se, assim, que uma de suas áreas possua:

  • Defeito de elétron, chamado zona po-positiva, ânodo ou receptor. Geralmente, isso é conseguido adicionando ao silício puro uma pequena parte do boro que possui apenas 3 elétrons de valência.
  • Excesso de elétrons, chamada não negativa ou cátodo ou emissor. Geralmente formado pela difusão de fósforo que possui 5 elétrons na última órbita.

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

A célula solar é equipada com contatos elétricos para canalizar a energia que produz quando é iluminada. Esses contatos são projetados de forma ramificada (na face ensolarada). Existem dois principais e, além disso, existem as ramificações que os unem para coletar melhor os elétrons em toda a superfície da célula. O objetivo é combinar um bom contato elétrico, baixa resistividade e fazer a sombra mínima para que os fótons atinjam o material ativo da célula.

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

Eficiência das células fotovoltaicas

A eficiência média de conversão obtida por células comercialmente disponíveis produzidas a partir de silício monocristalino é menor que a eficiência de células multicamadas, geralmente arseneto de Gali.

Painel 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.

Um painel solar fotovoltaico consiste em uma rede de células solares conectadas em circuito em série para aumentar a tensão de saída. Ao mesmo tempo, várias redes são conectadas em circuito paralelo para aumentar a corrente elétrica que o dispositivo é capaz de fornecer.

O tipo de corrente elétrica fornecida por um painel fotovoltaico é a corrente direta.

Princípio de funcionamento da célula fotovoltaica

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

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

  • Os fótons que atingem o interior da célula e têm uma energia cinética igual ou superior à energia de Valência impactam o material e geram pares de transportadores (eletro-orifício).
  • O campo elétrico, ou diferença de potencial, produzido pela junção pn separa os transportadores antes que ocorram recombinações.

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

Aplicações em células fotoelétricas

Às vezes, as células fotovoltaicas são usadas sozinhas (iluminação de jardim, calculadoras, ...) ou agrupadas em painéis solares fotovoltaicos. Desta forma, a eletricidade é gerada através desta fonte de energia renovável.

As células fotoelétricas também são usadas para substituir as baterias (a energia é de longe a mais cara para o usuário). As células invadiram calculadoras, relógios, dispositivos, que podem funcionar com energia solar.

É possível aumentar seu alcance de uso armazenando com uma (capacitor 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 energia doméstica ou em uma rede pública no caso de uma usina solar fotovoltaica.

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Última revisão: 5 de novembro de 2019