Como uma célula solar gera energia?

Como a célula solar gera energia elétrica?

Muitas pessoas estão mudando para energias renováveis, em especial para usinas fotovoltaicas, pois isso não é apenas bom para o meio ambiente, mas também economiza custos a longo prazo.

Certamente é do conhecimento de todos que os sistemas fotovoltaicos são alimentados por energia solar, que é responsável pela geração de energia elétrica. Os responsáveis ​​por isso são as células fotovoltaicas individuais contidas no painel solar, cuja funcionalidade é baseada em processos físicos.

Mas o que exatamente acontece na célula solar? E como funciona a geração de energia?

Uma célula solar é o componente básico de um sistema fotovoltaico. É responsável pela conversão da luz solar em energia elétrica. Mas como é que isto funciona exatamente? Neste post, vamos analisar mais de perto os processos físicos que ocorrem numa célula solar e explicar como é que a eletricidade é gerada. Iremos também discutir algumas das vantagens e desvantagens das células fotovoltaicas em comparação com outras formas de produção de energia.

A célula solar – o menor componente do sistema fotovoltaico

Um sistema fotovoltaico consiste em vários componentes, como inversores, armazenamento de energia – e os módulos solares que são montados em telhados, jardins ou paredes de casas, etc. O módulo solar é composto por muitas células fotovoltaicas alinhadas umas ao lado das outras, que são responsáveis ​​pela conversão da energia solar e, assim, geram eletricidade solar.

A célula solar é o menor elemento de um sistema fotovoltaico. Eles estão localizados no material de suporte, principalmente vidro, e são protegidos das intempéries por outros materiais na frente e atrás. Há também uma camada anti-reflexo acima das células fotovoltaicas, que impede os reflexos da luz e, portanto, evita a perda de energia.

Estrutura da célula solar

As células fotovoltaicas mais utilizadas atualmente trabalham com silício. O silício tem propriedades semicondutoras que são excitadas por energias como luz e calor. Os semicondutores podem ser influenciados por outros elementos químicos, permitindo a dopagem p e n. Esses tipos de células de silício consistem em 3 camadas principais:

• Camada com silício n-dopado: Esta camada contém silício e fósforo. Os átomos de silício sempre têm 4 elétrons externos, enquanto o fósforo tem 5 elétrons. Em uma conexão, sempre sobra 1 elétron livre, o que cria um excesso de elétrons, que é responsável pela carga negativa da camada.
• Camada com silício p-dopado: A camada p-dopada contém silício e boro. Os átomos de boro, por outro lado, têm apenas 3 elétrons externos, razão pela qual faltam elétrons quando se combinam com silício, o que significa que o camada tem carga positiva.
• Camada limite: A camada limite neutra é criada diretamente no meio e também é chamada de junção p-n.

Além disso, a célula solar possui contatos metálicos que transmitem a energia gerada.

Como a célula solar gera eletricidade?

1. Situação inicial: O campo elétrico

A célula fotovoltaica tem uma camada carregada positiva e negativamente. Uma camada limite se forma no meio, na qual ocorre a equalização de carga:

Alguns átomos de boro da camada dopada p absorvem um elétron em excesso da camada dopada n – e assim se tornam neutros. A camada limite neutra é formada, com átomos de boro e fósforo, cada um com 4 elétrons. Como resultado dessa troca, a área ao redor da camada n-dopada agora está mais carregada positivamente, enquanto a camada p-dopada agora está carregada negativamente. Existem dois pólos. Essa camada limite, a transição p-n, impede a troca adicional das duas camadas carregadas de forma diferente. Um campo estável é assim formado na célula solar.

2. Condutividade através da energia solar

Se o sol está brilhando, os fótons da luz solar atingem a camada limite.

Isso eleva os elétrons a um nível de energia mais alto e permite que eles se movam livremente. O elétron adicionado é liberado da conexão com o átomo de boro. Este elétron carregado negativamente é então atraído pela camada n-dopada agora carregada positivamente.

3. Circuito fechado

Mas existem contatos de metal nas laterais superior e inferior da célula solar, que são conectados a um cabo com um circuito no qual o consumidor também está integrado.

Os elétrons são conduzidos através do contato metálico superior através do consumidor e, em seguida, retornam ao lado inferior da célula solar através do contato metálico inferior: a camada p-dopada carregada negativamente. A coisa toda está subindo e agora está se repetindo inexoravelmente – enquanto o sol brilhar. O resultado é um fluxo de energia gerador de corrente – o circuito fechado.

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Tipos de Células fotovoltaicas

Muitas células fotovoltaicas são feitas de silício semicondutor. No entanto, existem outros tipos de células que já estão em uso ou ainda estão sendo pesquisados. Estes consistem em diferentes materiais e substâncias com diferentes procedimentos.

Em última análise, o princípio é o mesmo para todos eles: para gerar eletricidade, um campo elétrico deve ser criado e, com a ajuda do sol, um fluxo de energia deve ser iniciado por elétrons.

Células solares com silício como semicondutor

Células de Silício Monocristalinas: As células fotovoltaicas monocristalinas consistem em pastilhas de silício cortadas de um único cristal de silício cultivado. O processo para isso é complexo, mas eficaz.

Células de Silício policristalinas: Para células fotovoltaicas policristalinas, um cristal inteiro não é cultivado separadamente, mas composto de vários pequenos cristais de silício. O cristal resultante também é cortado em fatias, a partir das quais a célula solar é montada.

Células de Silício de película fina (silício amorfo): Estas células de película fina consistem num substrato sobre o qual é depositada uma camada muito fina de silício não cristalino.

Células solares feitas de outros materiais

Células solares CIGS: Além do silício amorfo, existem outros materiais que podem ser usados ​​para células de filme fino. Por exemplo, disseleneto de cobre, índio e gálio, que atua como semicondutor e é usado para a chamada célula solar CIGS.

Células de corante: as células de corante usam um corante em vez de um semicondutor. Isso absorve a luz solar e, assim, libera os elétrons, que são transmitidos com a ajuda de outros revestimentos químicos. O princípio é baseado na fotossíntese natural.

Células orgânicas de camada fina: As células orgânicas de camada fina consistem em plásticos baseados em compostos de carbono-hidrogênio. Estes também são materiais semicondutores.

Células solares tandem: Para células tandem, várias células solares feitas de diferentes materiais semicondutores são usadas e colocadas uma sobre a outra. As células consistem em uma camada superior e uma camada inferior, que por sua vez pode absorver e converter diferentes comprimentos de onda do espectro de luz. Isso deve resultar em uma maior eficiência da célula solar.

Vantagens da energia Solar Fotovoltaica

Por que as células solares são ecologicamente corretas?

A tecnologia solar é baseada em recursos naturais e processos físicos que são ecologicamente corretos, neutros em relação ao clima e renováveis, dependendo apenas da radiação solar para a geração de eletricidade.

Enquanto nossa eletricidade tradicional é gerada a partir de energia fóssil, que é obtida pela queima de combustíveis fósseis como carvão e petróleo; e também das hidroelétricas, as quais causam certo impácto ambiental para serem construídas. O painel solar fotovoltaico extrai sua energia diretamente da luz solar, o que estimula o fluxo de energia dos elétrons gerando corrente elétrica.

A energia solar não consome nenhum combustível fóssil ao gerar eletricidade e, portanto, é amiga do meio ambiente. Como as usinas solares não utilizam combustão de quaisquer combustíveis, também não há liberação de CO2. Sem emissões de CO2, o meio ambiente não é prejudicado.

Painéis solares economizam nos custos de eletricidade

A energia solar é gratuita e muito abundante. Um sistema solar com armazenamento de energia pode reduzir ou até impedir completamente o uso da energia da rede usual. Portanto, não há mais custos de eletricidade a serem pagos por eletricidade convencional adicional.

Após algum tempo, as economias na conta de luz compensaram os custos de aquisição do sistema fotovoltaico. Existem muitos programas de subsídios diferentes que oferecem empréstimos que tornam um sistema solar viável para todos.

Existem muitos tipos diferentes de células solares, algumas das quais ainda estão em fase de pesquisa. No futuro, a geração de energia solar e a eficiência dos painéis fotovoltaicos podem ser ainda melhoradas. O uso de energias renováveis ​​está se tornando cada vez mais eficiente e, claro, protege nosso meio ambiente.

Espero que tenho te ajudado a entender melhor como funciona uma célula solar através deste post! Se ainda tiver alguma dúvida será um prazer poder te ajudar! Entre em contato conosco através do e-mail [email protected].