A célula solar é a unidade básica do sistema de geração de energia solar, onde a energia elétrica é extraída diretamente da energia luminosa sem qualquer processo intermediário. O funcionamento de uma célula solar depende exclusivamente do efeito fotovoltaico, por isso também é conhecida como célula fotovoltaica. Uma célula solar é basicamente um dispositivo semicondutor. A célula solar produz eletricidade quando a luz incide sobre ela e a tensão ou diferença de potencial estabelecida entre os terminais da célula é fixada em 0,5 volts e é quase independente da intensidade da luz incidente, enquanto a capacidade de corrente da célula é quase proporcional à intensidade da luz incidente, bem como à área exposta à luz. Cada célula solar tem um terminal positivo e um negativo, como todos os outros tipos de células de bateria. Tipicamente, uma célula solar ou fotovoltaica tem contato frontal negativo e contato traseiro positivo. Uma junção p-n de semicondutor está no meio desses dois contatos.
Quando a luz solar incide na célula, alguns fótons da luz são absorvidos pela célula solar. Alguns dos fótons absorvidos terão energia maior que a lacuna de energia entre a banda de valência e a banda de condução no cristal de semicondutor. Portanto, um elétron de valência recebe energia de um fóton, se excita e salta para fora do vínculo, criando um par elétron-buraco. Esses elétrons e buracos de pares e-h são chamados de elétrons e buracos gerados pela luz. Os elétrons gerados pela luz perto da junção p-n migram para o lado n-tipo da junção devido à força eletrostática do campo através da junção. Da mesma forma, os buracos gerados pela luz criados perto da junção migram para o lado p-tipo da junção devido à mesma força eletrostática. Dessa forma, uma diferença de potencial é estabelecida entre os dois lados da célula e, se esses dois lados forem conectados por um circuito externo, a corrente começará a fluir do terminal positivo para o terminal negativo da célula solar. Este foi o princípio básico de funcionamento de uma célula solar, agora discutiremos diferentes parâmetros de uma célula solar ou fotovoltaica, nos quais a classificação de um painel solar depende. Durante a escolha de uma célula solar específica para um projeto, é essencial conhecer as classificações de um painel solar. Esses parâmetros nos informam sobre a eficiência com que uma célula solar pode converter a luz em eletricidade.
A corrente máxima que uma célula solar pode fornecer sem prejudicar sua própria construção. É medida ao curto-circuitar os terminais da célula nas condições mais otimizadas da célula para produzir a saída máxima. Usei o termo "condições otimizadas" porque, para uma superfície de célula exposta fixa, a taxa de produção de corrente em uma célula solar também depende da intensidade da luz e do ângulo em que a luz incide na célula. Como a produção de corrente também depende da área superficial da célula exposta à luz, é melhor expressar a densidade de corrente máxima em vez da corrente máxima. A densidade de corrente máxima ou densidade de corrente de curto-circuito é simplesmente a razão entre a corrente máxima ou de curto-circuito e a área superficial exposta da célula.
Onde, Isc é a corrente de curto-circuito, Jsc é a densidade de corrente máxima e A é a área da célula solar.
É medida medindo a tensão entre os terminais da célula quando nenhuma carga está conectada à célula. Esta tensão depende das técnicas de fabricação e temperatura, mas não muito da intensidade da luz e da área de superfície exposta. Normalmente, a tensão de circuito aberto de uma célula solar é aproximadamente 0,5 a 0,6 volts. Geralmente é denotada por Voc.
A potência elétrica máxima que uma célula solar pode fornecer em suas condições de teste padrão. Se traçarmos as características v-i de uma célula solar, a potência máxima ocorrerá no ponto de inflexão da curva característica. Isso é mostrado nas características v-i da célula solar por Pm.
A corrente na qual a potência máxima ocorre. A corrente no Ponto de Potência Máxima é mostrada nas características v-i da célula solar por Im.
A tensão na qual a potência máxima ocorre. A tensão no Ponto de Potência Máxima é mostrada nas características v-i da célula solar por Vm.
A razão entre o produto da corrente e da tensão no ponto de potência máxima e o produto da corrente de curto-circuito e da tensão de circuito aberto da célula solar.
É definida como a razão entre a potência elétrica máxima de saída e a potência de radiação de entrada na célula e é expressa em porcentagem. Considera-se que a potência de radiação na Terra é de cerca de 1000 watts/metro quadrado. Portanto, se a área de superfície exposta da célula for A, então a potência total de radiação na célula será 1000 A watts. Assim, a eficiência de uma célula solar pode ser expressa como
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