Célula Solar: Princípio de Funcionamento & Construção (Diagramas Incluídos)
O que é uma Célula Solar?
Uma célula solar (também conhecida como célula fotovoltaica ou célula PV) é definida como um dispositivo elétrico que converte energia luminosa em energia elétrica através do efeito fotovoltaico. Uma célula solar é basicamente um diodo junção p-n. As células solares são uma forma de célula fotoelétrica, definida como um dispositivo cujas características elétricas – como corrente, tensão ou resistência – variam quando expostas à luz.
Células solares individuais podem ser combinadas para formar módulos, comumente conhecidos como painéis solares. A célula solar de junção única de silício comum pode produzir uma tensão máxima em circuito aberto de aproximadamente 0,5 a 0,6 volts. Por si só, isso não é muito – mas lembre-se, essas células solares são minúsculas. Quando combinadas em um grande painel solar, quantidades consideráveis de energia renovável podem ser geradas.
Construção da Célula Solar
Uma célula solar é basicamente um diodo de junção, embora sua construção seja um pouco diferente dos diodos de junção p-n convencionais. Uma camada muito fina de semicondutor tipo p é cultivada sobre um semicondutor tipo n relativamente mais espesso. Em seguida, aplicamos alguns eletrodos finos no topo da camada de semicondutor tipo p.
Esses eletrodos não impedem a luz de atingir a camada fina de tipo p. Logo abaixo da camada de tipo p, há uma junção p-n. Também fornecemos um eletrodo coletor de corrente na parte inferior da camada de tipo n. Encapsulamos o conjunto inteiro com vidro fino para proteger a célula solar de qualquer choque mecânico.
Princípio de Funcionamento da Célula Solar
Quando a luz atinge a junção p-n, os fótons de luz podem facilmente entrar na junção, através da camada muito fina de tipo p. A energia luminosa, na forma de fótons, fornece energia suficiente à junção para criar um número de pares elétron-buraco. A luz incidente quebra a condição de equilíbrio térmico da junção. Os elétrons livres na região de esgotamento podem rapidamente chegar ao lado de tipo n da junção.
Da mesma forma, os buracos na região de esgotamento podem rapidamente chegar ao lado de tipo p da junção. Uma vez que os novos elétrons livres cheguem ao lado de tipo n, não podem cruzar a junção novamente devido ao potencial de barreira da junção.
Da mesma forma, os novos buracos, uma vez que cheguem ao lado de tipo p, não podem cruzar a junção novamente devido ao mesmo potencial de barreira da junção. À medida que a concentração de elétrons se torna maior em um lado, ou seja, no lado de tipo n da junção, e a concentração de buracos se torna maior no outro lado, ou seja, no lado de tipo p da junção, a junção p-n se comportará como uma pequena pilha. Uma tensão é estabelecida, conhecida como tensão fotoelétrica. Se conectarmos uma pequena carga através da junção, haverá uma pequena corrente fluindo através dela.
Características V-I de uma Célula Fotovoltaica
Materiais Utilizados na Célula Solar
Os materiais utilizados para este propósito devem ter uma banda proibida próxima a 1,5 eV. Materiais comumente utilizados são:
Silício.
GaAs.
CdTe.
CuInSe2
Critérios para Materiais a Serem Utilizados na Célula Solar
Deve ter uma banda proibida entre 1 e 1,8 eV.
Deve ter alta absorção óptica.
Deve ter alta condutividade elétrica.
O material bruto deve estar disponível em abundância e o custo do material deve ser baixo.
Vantagens da Célula Solar
Não há poluição associada a ela.
Deve durar por um longo tempo.
Sem custo de manutenção.
Desvantagens da Célula Solar
Tem alto custo de instalação.
Tem baixa eficiência.
Em dias nublados, a energia não pode ser produzida e também à noite, não obteremos energia solar.
Usos dos Sistemas de Geração Solar
Pode ser usada para carregar baterias.
Usada em medidores de luz.
É usada para alimentar calculadoras e relógios de pulso.
Pode ser usada em espaçonaves para fornecer energia elétrica.
Conclusão: Embora a célula solar tenha algumas desvantagens associadas, as desvantagens são esperadas a serem superadas conforme a tecnologia avança. Conforme a tecnologia avança, o custo das placas solares, bem como o custo de instalação, diminuirá para que todos possam se esforçar para instalar o sistema. Além disso, o governo está dando muita ênfase na energia solar, então, após alguns anos, podemos esperar que cada lar e também cada sistema elétrico seja alimentado por energia solar ou por fontes de energia renováveis.
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