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Como funciona uma célula fotovoltaica?

Como funciona uma célula fotovoltaica?

Neste post vamos mostrar-lhe como a energia solar começa a ganhar vida a partir da célula fotovoltaica, a sua composição e o seu funcionamento.

Componentes de uma célula fotovoltaica

Uma célula fotovoltaica, também conhecida como célula solar ou foto célula, é um mecanismo eletrônico que consegue transformar a energia luminosa do sol (fotões) em energia elétrica (fluxo de eletrões livres) graças ao chamado efeito fotoelétrico, permitindo assim gerar energia solar fotovoltaica.

As células fotovoltaicas são compostas por areia transformada em cristais de silício com uma pureza de 99,999%, devido a este material pode absorver os fotões da luz e emitir eletrões através do chamado efeito fotoelétrico para produzir uma corrente elétrica usada como eletricidade.

Ou seja, estas células solares são compostas por materiais capazes de absorver os raios de sol para emitir eletrões que, ao serem capturados, permitem uma corrente elétrica que se usa para gerar eletricidade.

Estes dispositivos são compostos por dois semicondutores com cargas opostas, uma de carga negativa (semicondutor N) e outra com camada positiva (semicondutor P). Assim, quando se expostos à luz solar, na zona de união do P/N produz-se uma neutralização de cargas que libera eletrões, aumentando a diferença do potencial entre as zonas negativas e positivas, dando-se origem à corrente elétrica.

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Funcionamento de uma célula fotovoltaica

As células fotovoltaicas são uma peça angular de qualquer sistema de produção de energia solar. Estes dispositivos são compostos por pequenas peças que, em conjunto, formam os grandes módulos fotovoltaicos responsáveis por gerar eletricidade.

Como mencionado anteriormente, a estrutura das células fotovoltaicas baseiam-se na dualidade de camadas N e P, com as suas cargas negativas e positivas. Isto permite que, quando o fotão entre o contacto da camada P, libera um eletrão e transporta-o para o circuito, de modo a gerar energia elétrica. Assim, cada célula permanece conectada ao resto às restantes células do módulo, mediante uma série de tiras metálicas que conformam os circuitos entre a série Y em paralelo.

O funcionamento de uma célula fotovoltaica segue um procedimento muito simples. Quando a luz do sol incide sobre a célula, é absorvida graças ao material semicondutor que contém (habitualmente o silício). Após absorver a luz solar, cada fotão composto pela célula gere o que chamamos “par eletrão-buraco”.

Nesse sentido, o trabalho da célula é fazer com que estes eletrões livres se desloquem de um material semicondutor para outro em busca de “lacunas” a preencher, daí o nome. Graças às propriedades contidas no semicondutor, cada eletrão desloca-se para uma parte da célula, produzindo uma diferença de potencial. Desta forma, ao ser conectada através de um circuito externo, a corrente elétrica é gerada através da geração de um fluxo de eletricidade do ponto de maior potencial para o ponto de menor potencial até se atingir o mesmo potencial em ambos os pontos.

O material influencia o desempenho da célula fotovoltaica?

A utilização da energia solar está a tornar-se cada vez mais habitual em todo o mundo para gerar eletricidade, graças ao facto de o sol ser um recurso inesgotável, além de este tipo de energia verde ser limpa e não produzir resíduos. É por isso que cada vez mais as pessoas que se animam no momento de instalar painéis solares nos seus terrenos para poder produzir a sua própria energia de uma forma mais responsável. 

Não obstante, ainda que a eficiência das células solares hoje em dia encontre-se em torno dos 12%, o seu correto funcionamento ou maior eficácia são fatores que variam consoante as condições climáticas e o material semicondutor de que são feitas.

O material mais utilizado atualmente no mercado para o fabrico de células fotovoltaicas é o silício. No entanto, há cada vez mais inovações no fabrico destes dispositivos, com a introdução de novos materiais, como o telureto de cádmio ou o disseleneto de cobre e índio.

Embora seja verdade que a maioria das células fotovoltaicas são fabricadas de silício, nem todas são obtidas do mesmo tipo de silício, pelo que se produzem variantes do mesmo como o silício monocristalino, o silício policristalino e o silício amorfo, cada uma delas contém características e rendimentos distintos devido à sua composição.

Ainda que seja certo que isto não impede o correto funcionamento de uma célula fotovoltaica, afeta o seu rendimento. As células fotovoltaicas de silício cristalino são as mais utilizadas na fabricação dos painéis solares e contam com uma eficiência superior a 25% para as células monocristalinas e 20% para as células multicristalinas.

Por outro lado, as células de silício monocristalino têm um rendimento superior ao resto das células de silício (18-25%) graças ao alinhamento dos seus átomos. As células de silício policristalino são mais econômicas que as de silício monocristalino, mas o seu rendimento é inferior (16-20%). Por último, as células de silício amorfo têm um rendimento muito mais baixo que o silício cristalino (6-8%).

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