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Célula Solar Fotovoltaica

Definição
Uma célula solar fotovoltaica é um dispositivo que transforma a luz solar incidente em electricidade.
Não produz emissões nem resíduos e é silenciosa.



As Origens da Célula Solar Fotovoltaica

- O efeito fotovoltaico foi descoberto em 1839 pelo físico francês Edmund Becquerel.
- Em 1930, Russell Ohl descobriu a célula fotovoltaica feita a partir de silício.
- As vantagens de usar células fotovoltaicas para transformar a luz solar em energia eléctrica foi primeiramente apreciada para alimentar os satélites e viagens espaciais.

Tecnologias das Células Solares

- Existem muitas formas diferentes de transformar a luz solar em electricidade.
- As células solares são agrupadas em unidades maiores, chamados “módulos”, que por sua vez se agrupam em arrays (linhas e colunas).



Fig. 1 – Células, Módulos e Arrays



- Um dos materiais a partir do qual as células solares podem ser fabricadas é o silício, que é uma substância muito abundante no planeta Terra.
- O silício pode ser utilizado de diversas formas para produzir as células.
- A técnica mais eficiente é a chamada “célula solar monocristalina”, que são fatias de silício cortadas de uma cristal de silício maior.
- Este monocristal de silício é aparentemente redondo ou quadrado com os cantos arredondados.



Figura 2 – Células solares monocristalinas em painel

- Um dos problemas com este método é que quando o cristal “cresce”, ele vai produzir uma célula solar arredondada, que não é a forma ideal para poder ser “arrumada” em painéis solares com muitas células, ou seja o exige muito espaço desperdiçado na sua arrumação.

- Um outro tipo é o das células “policristalinas”.
- O seu processo de produção é diferente, o que resulta em células quadradas, poupando-se pois espaço quando se agrupam muitas delas num painel solar.
- A chatice é que este tipo de célula é menos eficiente que o anterior, embora seja mais barato de produzir e tenha menos desperdício.

- O problema com todas as células solares é que elas só podem ser produzidas em pequenas quantidades de cada vez, sendo esta uma das razões do seu elevado preço de fabrico, e consequentemente de venda, o que as torna menos competitivas.

- Existe ainda um outro tipo de células, as chamadas células solares de “filme fino”.
- A diferença é que em vez de usarem silício usam antes compostos químicos para se tornarem semicondutores.
- Este tipo de células pode ser produzido através de um processo contínuo, o que as torna muito mais baratas.
- A desvantagem é que é menos eficiente que as anteriores.

Tabela 1 – Eficiência dos diferentes tipos de célula



Como São Fabricadas as Células Solares Fotovoltaicas Monocristalinas
Comecemos por ver como se arranjam os átomos de silício num array regular:



Fig. 3 – Estrutura atómica do Silício

- Para tornar o silício semicondutor pegamos numa porção de outra substância, neste caso o boro, e introduzimo-lo no silício.
- Nos locais em que há um átomo de boro, há também a falta de um electrão (lacuna), o que cria um buraco: é o Silício tipo-P



Fig. 4 – silício dopado com boro – note a falta de um electrão

- Se em vez de boro adicionarmos fósforo, obtemos o efeito oposto, um electrão livre: É o Silício tipo-N



Fig. 5 – Silício dopado com fósforo – note o electrão livre “a mais”

- Agora podemos utilizar estes dois tipos de silício “dopado” para construir dispositivos semicondutores, neste caso células fotovoltaicas.

Vamos ver como:

Uma célula fotovoltaica é um pouco como uma sanduíche. É feita de camadas de diferentes tipos de silício, como ilustrado na figura a seguir.



Descrição da Célula

- Começando pela base, temos um contacto grande.
- Sobre este temos uma camada de silício tipo-p.
- Depois uma junção chamada região de “carga espacial”, que é onde a magia acontece.
- Sobre esta junção temos uma camada de silício tipo-n.
- E sobre ela uma grelha metálica que serve de terminal.

Funcionamento da Célula

Quando os fotões da luz solar incidem na célula solar, os electrões livres provenientes do fósforo são empurrados através da junção p-n do silício, o que origina um fluxo de electrões (corrente eléctrica) através do circuito ligado à célula.


Questionário:

1. O que entende por célula solar fotovoltaica
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2. Uma célula solar fotovoltaica:
a) Transforma energia eléctrica em luminosa □
b) Energia luminosa em solar □
c) Energia solar em luminosa □
d) Energia luminosa em eléctrica □

3. Qual a primeira utilização prática que foi dada às células solares?

4.
a) As células são agrupadas em arrays que por sua vez são agrupados em módulos □
b) Os módulos são agrupados em arrays que por sua vez são agrupados em células □
c) Os módulos são constituídos por células e agrupam-se em arrays □
d) As células são constituídas por arrays e agrupam-se em módulos □

5. Qual o material que constitui a base das células solares fotovoltaicas:
a) Silício □
b) Boro □
c) Fósforo □
d) Fotões □

6. Quais são as três técnica de fabrico de células solares fotovoltaicas que conhece?
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7. Qual a desvantagem das células solares monocristalinas?
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8. Qual a vantagem das células solares policristalinas face às monocristalinas?
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9. Qual a desvantagem das células solares policristalinas face às monocristalinas?
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10. Qual a vantagem das células solares de filme fino face às cristalinas?
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11. Qual a desvantagem das células solares de filme fino face às cristalinas?
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12. Diga como são constituídas as células solares monocristalinas
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13. Explique o funcionamento de uma célula solar fotovoltaica
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