Uma célula solar, ou célula fotovoltaica, é um dispositivo elétrico que converte a energia da luz do Sol diretamente em energia elétrica através do efeito fotovoltaico. São usadas tradicionalmente 36, 60 ou 72 células fotovoltaicas interligadas em série para montar um painel fotovoltaico (Módulos Fotovoltaicos). A energia gerada pelos painéis fotovoltaicos é chamada de energia solar fotovoltaica.
A história da célula fotovoltaica
O efeito fotovoltaico foi demonstrado pela primeira vez em 1839 pelo físico francês Edmond Becquerel. Aos 19 anos, ele construiu a primeira célula fotovoltaica do mundo no laboratório de seu pai.
Em 1883 Charles Fritts construiu a primeira célula fotovoltaica em estado sólido. Ele revestiu o semicondutor selênio com uma fina camada de ouro para formar as junções. A célula fotovoltaica de Charles tinha apenas 1% de eficiência.
Em 1905 Albert Einstein propôs uma nova teoria quântica da luz e explicou o efeito fotoelétrico em uma de suas teses, pela qual recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1921.
A primeira célula fotovoltaica comercial foi lançada em 25 de Abril 1954 pelo Laboratório Bell.
A eficiência da célula fotovoltaica
“Eficiência é basicamente quanta energia elétrica a célula fotovoltaica é capaz de produzir por 1m² durante 1 hora de funcionamento em condições de laboratório (STC = 25°C – 1000W/m² – 1.5AM)” Ex: uma célula fotovoltaica de 18% de eficiência consegue produzir em condições de laboratório 180Watts por 1m² em 1 hora. Uma de 15% consegue produzir 150Watts e daí por diante.
Impacto ambiental da célula fotovoltaica
Para se produzir uma célula fotovoltaica é necessária a utilização de diversos gases e químicos. Hoje o controle de produção das células é extremamente alto é elas são produzidas em um ambiente controlado e todos os resíduos são tratados. Desta forma, o impacto ambiental das células é praticamente nenhum.
Os principais tipos de células fotovoltaicas
– Células de silício cristalino
– Célula de silício monocristalino (mono-Si)
– Célula de silício policristalino (multi-Si)
– Célula fotovoltaica de filme fino (Thin-Film)
– Célula fotovoltaica de heterojunção (HJT)
Células de silício cristalino
De longe, o material mais utilizado para a fabricação das células solares de silício cristalino é (C-Si), também conhecido como ” silício de grau solar”. Se você tem um painel solar em sua casa, 99% de chance que ele utiliza o silício cristalino como base para as suas células.
As células de silício cristalino são fatias de lingotes de silício cristalino que são depois tratadas quimicamente para que possam produzir energia elétrica com a luz do sol através do efeito fotovoltaico.
Célula de silício monocristalino (mono-Si)
Estas células solares são mais eficientes que a maioria das outras. Os cantos das células são recortados, como um octógono, porque as lâminas de silício (Wafers) são cortadas a partir de lingotes cilíndricos, que são tipicamente cultivadas pelo processo Czochralski. Os painéis solares que utilizam células mono-Si exibem um padrão distinto de pequenos diamantes brancos. Veja abaixo, da esquerda para a direita, o minério de silício purificado, o forno de Czochralski, lingote de silício, as fatias (wafers) e a célula fotovoltaica monocristalina:
Célula de silício policristalino (multi-Si)
As células também são feitas de silício purificado, porém o processo de fundição é diferente. O silício purificado é fundido em grandes blocos. Células de silício policristalino são o tipo mais comum usado em painéis fotovoltaicos e são menos eficientes do que as feitas de silício monocristalino. Veja abaixo, da esquerda para a direita, o minério de silício purificado, a fundição em bloco do silício, os “tijolos de silício” cortados, as fatias (wafers) e a célula fotovoltaica policristalina:
Célula fotovoltaica de filme fino (Thin-Film)
Os painéis que usam a tecnologia de filme fino são feitos de uma forma completamente diferente dos tradicionais com células de silício cristalino. A maioria dos painéis de filme fino possuem eficiências de conversão de 2-3 pontos percentuais mais baixos do que o silício cristalino. Também é uma ótima tecnologia e utilizada em pequenas células fotovoltaicas como a de uma calculadora de escritório.
Telureto de cádmio (CdTe), Seleneto de cobre gálio índio (CIGS) e silício amorfo (a-Si) são as três tecnologias de filme fino mais utilizadas. A maior empresa fabricante de filme-fino do mundo é a First Solar (EUA) que usa os seus painéis principalmente em usinas solares.
Célula fotovoltaica de heterojunção (HJT)
Células de silício heterojunção consistem em camadas finas de silício amorfo depositadas em wafers de silício monocristalino. Esta combinação entre a tecnologia tradicional de silício cristalino com a de silício amorfo (filme fino) aumenta em 20% a eficiência das células e é provavelmente a tecnologia com o maior potencial de crescimento. Ou seja, em 10 anos talvez você já tenha painéis de HJT na sua casa.
A célula fotovoltaica reage com a incidência dos raios do Sol e libera elétrons que, então, são transferidos para um circuito dentro de um painel solar, gerando assim energia elétrica.
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