Foto com grande foco de uma célula fotovoltaica, de cor azul bem intenso.

Como funciona uma célula fotovoltaica?

17 agosto de 2017

Já detalhamos em outro post sobre a diferença entre a energia solar térmica e fotovoltaica. Enquanto a primeira é utilizada para aquecimento, a energia solar fotovoltaica fornece eletricidade ao usuário. Os principais componentes são os módulos fotovoltaicos e o inversor.

Hoje vamos explicar como funcionam as células solares.

 

Como funciona a célula fotovoltaica?

A unidade básica responsável pela conversão da energia solar em elétrica é a célula fotovoltaica. As células  geram corrente elétrica a partir de um fenômeno físico chamado efeito fotovoltaico. O efeito se dá através de semicondutores, sendo que o mais utilizado no caso de sistemas fotovoltaicos é o silício.

Basicamente, existem alguns materiais que produzem eletricidade quando são expostos à luz.  Isso acontece quando a luz atinge alguns dos elétrons soltos dos seus átomos hospedeiros. Quando incluímos material condutor aos lados positivo e negativo do material para formar um circuito, torna-se possível “canalizar” essa energia elétrica gerada.

Ilustração explicativa do efeito fotovoltaico e como funciona a célula fotovoltaica

A primeira célula fotovoltaica foi montada nos Laboratórios Bell a mais de 50 anos atrás. Você pode conferir a linha do tempo da energia solar no mundo no nosso post sobre a sua história.

O primeiro uso sério das células solares ficou por conta da indústria espacial. Esse setor tinha o suporte financeiro para o investimento e encontrou na tecnologia uma forma conveniente de alimentar os satélites. Atualmente o custo dos paineis solares é baixo o suficiente para o uso residencial. Somente entre 2009 e 2016, o preço caiu em 80%!

Uma célula solar típica contará com uma cobertura de vidro, uma camada antirefletora, um contato frontal para permitir que os elétrons entrem em um circuito, um condutor posterior para permitir que eles completem o circuito e as camadas de semicondutores onde os elétrons começam e concluem sua jornada.

Ao juntar várias células, temos um painel solar e ao conectar vários paineis, temos um sistema fotovoltaico.

Foto de duas mãos cobertas com uma luva preta segurando uma célula solar padrão (quadrada, azul escuro com algumas listras prateadas))

Célula fotovoltaica

 

Por que silício?

Há diferentes materiais e metodologias para desenvolver uma célula fotovoltaica. A matéria-prima líder atual no mercado é o silício. Usado em todo o mundo e bem abundante, suas aplicações vão do refino de aço até manufatura de computadores e celulares. O porque do silício ser usado em células solares? Existem diversos motivos:

> Intervalo de terminais

O silício, por ser um semicondutor, tem a camada de valência cheia e a camada de condução vazia. Com o aumento da temperatura, os semicondutores começam a gerar eletricidade. Isso acontece com o recebimento de fótons, que fazem com que os elétrons “saltem” da camada de valência para a de condução, gerando corrente elétrica. O intervalo entre essas camadas ou bandas (band gap) do silício é próximo do valor ótimo para gerar energia a partir da luz solar.

> Pesquisa & Desenvolvimento

Já foram desenvolvidas tantas técnicas de pesquisa e fabricação para o silício, que ele pode ser um dos materiais mais compreendido no mundo.

> Onde encontrar

O silício é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre!

> Ótima união

O silício forma um óxido de alta qualidade muito alta, selando a superfície com muito poucos orifícios ou aberturas. Além disso, forma um nitrito muito resistente, o nitrito de silício Si3N4. Esse composto cria um isolador para o intervalo de terminais  que é impermeável.

Outros materiais podem ser utilizados para gerar eletricidade com a luz solar. Você pode ler mais sobre eles na nossa lista de prós e contras e no post sobre o futuro dos paineis fotovoltaicos. No próximo post vamos falar mais da fabricação dos painéis fotovoltaicos!

Para mais informações e orçamentos, entre em contato com nossa equipe!