Do que são feitas as células fotovoltaicas?

Você está pensando em adquirir energia fotovoltaica para sua casa? Quer saber do que são feitos os painéis solares e como eles funcionam? Descubra mais sobre a conversão de energia solar em energia que pode ajudar você a economizar na sua conta de energia todo ano! Aqui está tudo o que você precisa saber antes de instalar sistemas fotovoltaicos e antes de começar a procurar um fornecedor e instalador de energia fotovoltaica confiável.

A popularidade da energia fotovoltaica está aumentando vertiginosamente em toda a Europa, não apenas em empresas e indústrias, mas também em áreas residenciais. Com painéis fotovoltaicos, as famílias podem economizar até centenas de euros por ano em eletricidade e, ao mesmo tempo, fazer a sua parte pelo planeta. O sol é uma fonte inesgotável de energia, o que o torna a fonte de energia renovável mais eficiente para residências e indústrias. E com a ajuda de um sistema de armazenamento espaçoso, uma bateria solar, essa energia pode ser armazenada durante períodos de muita luz solar e usada em outros dias, como no inverno ou no outono sombrio. Muitas famílias já instalaram seus painéis fotovoltaicos nos telhados de suas casas, porém, poucas se interessaram em como esses painéis funcionam e como eles são estruturados. Qual é a mágica que transforma a energia solar em eletricidade? Descubra no nosso artigo de hoje.

Quando a luz solar atinge uma célula fotovoltaica (FV), também conhecida como célula solar, ela pode refletir, ser absorvida ou passar através da célula. Essas células são feitas principalmente de materiais semicondutores, o que significa que podem conduzir eletricidade melhor do que os isolantes, mas não tão eficientemente quanto os metais. Vários materiais semicondutores são utilizados em células fotovoltaicas.

Agora, qual é o princípio de funcionamento da célula fotovoltaica? Quando a luz interage com o material semicondutor, ela absorve a energia e a transfere para partículas carregadas negativamente dentro do material, chamadas elétrons. Essa energia adicional permite que os elétrons se movam através do material, gerando uma corrente elétrica. Contatos metálicos na célula fotovoltaica, dispostos em um padrão semelhante a uma grade, extraem essa corrente, que pode então ser utilizada para fornecer energia às residências e contribuir para a rede elétrica.

A eficiência de uma célula fotovoltaica é essencialmente a energia elétrica produzida pela célula em comparação com a energia da luz incidente. Esta métrica indica a eficácia da célula na conversão de energia de uma forma para outra. A produção de eletricidade das células fotovoltaicas é influenciada por fatores como a intensidade e os comprimentos de onda da luz disponível, bem como vários atributos de desempenho da célula.

Uma característica crucial dos semicondutores fotovoltaicos é a banda proibida, que determina os comprimentos de onda da luz que o material pode absorver e converter em energia elétrica. A banda proibida é a distância entre a banda de valência dos elétrons e a banda de condução. Ela representa a energia mínima necessária para excitar um elétron até um estado na banda de condução onde ele pode participar da condução. Quando a banda proibida do semicondutor corresponde aos comprimentos de onda da luz incidente, a célula solar pode utilizar eficientemente toda a energia disponível.

Tipos de materiais de células solares

Agora que você sabe como as células solares funcionam, é hora de investigar o material que transforma a energia solar em energia solar. Vários tipos de células solares precisam de um tipo diferente de material. Agora, vamos nos aprofundar na lista de materiais fotovoltaicos mais utilizados para células fotovoltaicas:

Fotovoltaica de película fina

Células solares de película fina são criadas depositando uma ou mais camadas finas de material fotovoltaico em um substrato de suporte, como vidro, plástico ou metal. Dois tipos principais de semicondutores fotovoltaicos de película fina dominam o mercado: telureto de cádmio (CdTe) e disseleneto de cobre, índio e gálio (CIGS). Embora as células de CdTe ofereçam processos de fabricação econômicos, sua eficiência ainda fica atrás do silício. As células CIGS apresentam propriedades promissoras para aplicações fotovoltaicas, mas enfrentam complexidades de fabricação. Ambos os materiais exigem proteção aprimorada em comparação ao silício para operação prolongada em ambientes externos.

Silício

O silício é o material semicondutor mais predominante usado em células solares, respondendo por aproximadamente 95% dos módulos vendidos atualmente. É também o segundo material mais abundante na Terra, depois do oxigênio, e amplamente utilizado em chips de computador. As células de silício cristalino consistem em átomos de silício interconectados para formar uma rede cristalina, fornecendo uma estrutura organizada que melhora a conversão de luz em eletricidade. Essas células solares à base de silício oferecem uma combinação de alta eficiência, baixo custo e longa vida útil, geralmente durando 25 anos ou mais, retendo mais de 80% de sua produção de energia original.

Fotovoltaica de perovskita

As células solares de perovskita, um subtipo de células de película fina, recebem esse nome devido à sua estrutura cristalina característica. Essas células incorporam camadas de materiais depositados em um substrato. As células de perovskita são relativamente fáceis de montar e apresentam eficiências comparáveis ao silício cristalino. A eficiência melhorou rapidamente no laboratório, mas a viabilidade comercial depende da melhoria da durabilidade para uso externo prolongado e do desenvolvimento de técnicas de fabricação econômicas.

Pontos quânticos

As células solares de pontos quânticos utilizam minúsculas partículas semicondutoras, de meros nanômetros de tamanho, para conduzir eletricidade. Embora ofereçam novos métodos de processamento de semicondutores, ainda há desafios no estabelecimento de conexões elétricas eficientes. Os pontos quânticos vêm em tamanhos variados com intervalos de banda personalizáveis, permitindo a otimização da coleta de luz e a integração com outros semicondutores para melhor desempenho, como perovskitas.

Fotovoltaica Orgânica

As células fotovoltaicas orgânicas (OPV) compreendem compostos ricos em carbono e oferecem potencial de personalização para funções específicas das células fotovoltaicas. Apesar de serem cerca de metade tão eficientes quanto as células de silício cristalino, com vida útil mais curta, as células OPV apresentam oportunidades para produção em massa com boa relação custo-benefício. Sua adaptabilidade a vários materiais de suporte, incluindo plásticos flexíveis, amplia suas potenciais aplicações.

Fotovoltaica de Concentração

A energia fotovoltaica de concentração (CPV) concentra a luz solar em uma célula solar usando espelhos ou lentes, exigindo menos material fotovoltaico. Essa concentração aumenta a eficiência do material fotovoltaico, mas exige materiais mais caros e rastreamento solar preciso, o que representa desafios para obter vantagens de custo em relação aos módulos de silício tradicionais.

Fotovoltaica Multijunção

As células solares multijunção empregam múltiplas camadas semicondutoras com diferentes bandas proibidas para capturar um espectro solar mais amplo, alcançando maiores eficiências em comparação às células de junção única. Embora as células multijuncionais tenham demonstrado eficiências superiores a 45%, sua produção continua cara e complexa, reservada principalmente para aplicações especializadas, como exploração espacial e drones militares.

Conclusão

Neste artigo, você foi apresentado a todos os diversos tipos de materiais de células solares. Embora as informações possam parecer mais técnicas e difíceis de processar, não há necessidade de se sentir sobrecarregado. O instalador escolhido tem todas as informações necessárias para que você possa começar a usar seus painéis fotovoltaicos de forma eficaz e economizar energia e o planeta. Se precisar de mais informações sobre energia fotovoltaica, não hesite em consultar nossos outros artigos ou entre em contato com seu instalador de confiança.