Por: Luca Gabriel e Nicolas Barbosa
A energia fotovoltaica é a energia solar convertida em energia elétrica através de células fotovoltaicas. Devido ao efeito fotovoltaico, essas células são capazes de transformar a energia do sol em uma energia renovável e não poluente, mas com baixa eficiência individual. Venha entender melhor como funciona essa tecnologia e como podemos produzir mais dessa energia.
Como funcionam células voltaicas
A célula fotovoltaica é o dispositivo elétrico responsável por converter a energia da luz do sol diretamente em energia elétrica por meio do efeito fotovoltaico. Para isso, as células fotovoltaicas são produzidas a partir de materiais semicondutores.
Para entender seu funcionamento é fundamental compreender o funcionamento do efeito fotovoltaico, que consiste no deslocamento de elétrons entre a banda de valência e a banda de condução de materiais semicondutores devido a incidência de fótons em determinada frequência, gerando uma tensão elétrica.
Entretanto, os semicondutores tendem a permanecer neutros, não transportando elétrons. Para solucionar esse problema é feita a mistura do semicondutor com outros elementos químicos que o modificam. Assim dando origem aos semicondutores do Tipo-N, que são negativamente carregados, e do Tipo-P, positivamente carregados, que são unidos.
Quando essa união recebe os fótons da luz, os elétrons da camada negativa migram para a camada positiva, criando a corrente elétrica responsável pela energia solar fotovoltaica.
Tipos de células fotovoltaicas
Silício cristalino
As células de silício cristalino são as mais utilizadas no mercado e são feitas de, como o próprio nome já diz, silício cristalino (C-Si). Para serem produzidas, fatias de lingotes de silício purificado são tratadas quimicamente a fim de facilitar o efeito fotovoltaico e produzir energia elétrica.
Silício monocristalino: As células desse tipo são as mais eficientes devido a sua fabricação ser feita a partir de apenas um único cristal de silício, apresentando entre 15% e 18% de eficiência.
Silício policristalino: Ao contrário do processo para formação do monocristalino, aqui o silício se cristaliza livremente, criando vários cristais, o que dá origem ao nome policristalino. Ele apresenta uma eficiência menor em relação ao monocristalino, entre 13% e 15%, mas apresenta uma vantagem pelo menor custo de produção.
Filme fino
Como alternativa às células de silício cristalizado, foram criadas células fotovoltaicas mais baratas com uma fina película nanométrica, o filme fino. Essa geração de células não teve sucesso no mercado por ter menor eficiência e vida útil e por causa do barateamento das células de silício cristalino.
Apesar de suas desvantagens, células de filme fino se mostram importantes atualmente e apresentam diversas aplicações devido a menor quantidade de matéria prima e energia utilizadas em sua fabricação. Essas células de película fina possuem eficiência de apenas 2% a 3% menor que células fotovoltaicas de silício cristalino e entre suas aplicações podemos citar células solares flexíveis e transparentes e células fotovoltaicas pequenas, como de calculadoras.
Aspectos positivos
Energia 100% renovável, inesgotável e não poluente: a produção de energia fotovoltaica não consome combustíveis nem gera resíduos que poluem o meio ambiente.
Economia de energia: a energia elétrica produzida por painéis solares é descontada de contas de luz durante seu funcionamento.
Alta durabilidade: painéis solares apresentam uma vida útil de 25 a 30 anos, sendo 4 a 7 anos para compensar seu custo de instalação e 20 anos em média de funcionamento.
Custos: os preços de painéis solares vem caindo cada vez mais, tendo diminuído em 90% entre 2010 e 2019.
Acessibilidade: energia fotovoltaica é extremamente adequada para regiões rurais ou isoladas de centros urbanos, onde não chega uma rede elétrica apropriadamente.
Aspectos negativos
Alto custo de instalação: Apesar da queda que vem ocorrendo durante os últimos anos no preço das placas solares, ela ainda apresenta um custo de instalação pouco atrativo perto de outras fontes de energia.
Baixa eficiência individual: A sua eficiência varia de acordo com o material da placa, mas dificilmente alguma passa de 14% de eficiência.
Período de funcionamento: Por se tratar de uma fonte de energia solar ela depende da presença dele para produção, ficando portanto inutilizada durante os períodos noturnos ou nublados.
Instabilidade: Em ambientes quentes e úmidos as células fotovoltaicas apresentam uma queda em sua produção.
Aplicações
O uso mais conhecido popularmente de painéis solares é a sua utilização em residências, normalmente afastadas dos grandes centros urbanos e em larga escala. Empresas, indústrias e a agricultura também podem se beneficiar da utilização da energia solar para cortar gastos com a conta de luz principalmente. Dentre as indústrias que utilizam essa tecnologia, se destacam os setores tecnológicos, mecânicos, alimentícios e farmacêuticos. Na Unicamp, podem ser vistos diversos painéis solares em uma das entradas do campus da Faculdade de Engenharia Elétrica e Computação.
Outra aplicação de células solares é em satélites espaciais. Em 1959, os Estados Unidos lançaram um satélite que tinha asas compostas por painéis solares, com um total de 9600 células fotovoltaicas. Esse modelo se tornou o padrão para a maioria dos satélites e atualmente é a principal fonte de energia para equipamentos no espaço.
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