Célula solar: O que é e como funciona? 

célula solar

Uma célula fotovoltaica, também conhecida como célula solar, é um elemento fundamental do sistema de energia solar fotovoltaica. É por meio dela que ocorre a captação e a conversão dos raios UV em eletricidade.

A procura por métodos mais sustentáveis de geração de energia, juntamente com a crescente demanda por opções mais eficientes e econômicas, tem estimulado o uso da energia solar fotovoltaica.

Isso porque o sol representa uma fonte de energia infinita e acessível a todos, independentemente da localização.

Contudo, para que a energia solar se converta em eletricidade e possa ser utilizada, ela deve passar por várias etapas. Vamos conferir?

O que é uma célula solar? 

Você pode não perceber, mas hoje em dia as células solares estão presentes em muitos lugares. Não acredita? Elas estão em calculadoras, lanternas, brinquedos para crianças, satélites e sistemas de energia solar.

Essas células são conhecidas como células fotovoltaicas, onde “foto” significa “luz” e “voltaica” refere-se a “eletricidade”. O nome se deve ao fato de que elas convertem luz visível diretamente em eletricidade por meio do efeito fotovoltaico.

As células fotovoltaicas são compostas por semicondutores, sendo o silício o mais utilizado. Quando a luz incide sobre a célula, uma parte é absorvida pelo material semicondutor e a energia dessa luz é transferida para ele. Essa transferência de energia faz com que os elétrons sejam liberados, permitindo seu fluxo livre.

Um conjunto de células fotovoltaicas conectadas eletricamente e montadas em uma estrutura é chamado de módulo (ou painel solar), que pode ser agrupado em conjuntos maiores para formar um sistema solar.

As células fotovoltaicas possuem campos elétricos que direcionam os elétrons liberados pela absorção da luz. Esse movimento dos elétrons gera uma corrente elétrica. Ao colocar contatos metálicos na parte superior e inferior da célula fotovoltaica, conseguimos extrair essa corrente para utilização externa.

Célula fotovoltaica e energia solar: compreenda essa conexão

A energia solar fotovoltaica é criada a partir da conversão da luz do sol em eletricidade. Contudo, para que esse processo ocorra, são necessários painéis solares.

Uma vez instalados, esses painéis captam e convertem a luz solar em energia. Em seguida, essa energia é encaminhada para o inversor, que tem a função de preparar a eletricidade para o uso (seja em residências ou empresas).

Após essa fase, a energia elétrica é distribuída para o quadro principal, onde será consumida.

“Mas o que acontece se eu gerar mais energia do que consumo?”, é uma dúvida que recebemos ocasionalmente. Imagine um proprietário de uma casa com painéis fotovoltaicos que passa das 7h às 19h fora de casa trabalhando. Durante esse período, as placas estão absorvendo os raios solares e produzindo energia.

Essa energia é armazenada e, ao retornar para casa, ele pode utilizá-la. No entanto, se mesmo durante seu tempo em casa ele não conseguir utilizar toda a energia gerada, o excedente será enviado para a rede pública.

Essa transferência é registrada pelo medidor de luz, que mede e converte a energia enviada em créditos de energia.

Esses créditos ficam disponíveis para o proprietário por até 60 meses e geralmente são utilizados em períodos com menor incidência de luz solar.

LEIA MAIS: Créditos de energia solar: O que são e como conseguir

A importância da célula fotovoltaica no sistema solar

O que é uma célula fotovoltaica em um painel solar? Ela é o componente mais importante. Se fizermos uma analogia com o corpo humano, os ossos representam a lâmina de silício. Quando essa lâmina passa por tratamento e se transforma em célula fotovoltaica, esse processo se assemelha à disposição dos órgãos vitais e músculos dentro do esqueleto.

Em seguida, ao inserir as células solares dentro de um painel fotovoltaico, elas recebem proteção. Essa proteção é similar à que a pele e os pelos oferecem ao nosso corpo. Portanto, é essencial que esse dispositivo seja fabricado através de processos controlados e de forma industrial, pois isso é crucial para prevenir acidentes graves.

Riscos das células fotovoltaicas não industriais

Células fotovoltaicas feitas em casa são muito arriscadas, pois não passam pelo processo industrial que assegura o padrão de qualidade necessário para a segurança do equipamento. Isso pode resultar até em um curto-circuito, levando a um incêndio no local onde estão instaladas.

Funcionamento da célula fotovoltaica

As células fotovoltaicas são produzidas com materiais semicondutores. Quando os fótons as atingem, alguns elétrons que orbitam os átomos se desprendem e se movem para uma área onde há ausência de elétrons. Com isso, gera-se uma corrente elétrica, chamada de energia solar fotovoltaica.

É dessa maneira que a célula fotovoltaica atua. Através da luz solar, ela consegue liberar elétrons, que em seguida migram para um circuito dentro do módulo solar (painel solar).

LEIA MAIS: Qual o melhor painel solar no mercado? 

Tipos de células solares 

Como já mencionado, o material recomendado para a fabricação de células fotovoltaicas são os semicondutores, que já abordamos anteriormente. Em seguida, faremos uma breve exposição sobre os tipos de células disponíveis no mercado:

  • Silício cristalino (C-Si)

Este é o tipo mais comum, também conhecido como “silício de grau solar”. Essas células consistem em fatias de lingotes de silício cristalino, tratadas quimicamente para gerar energia elétrica a partir da luz solar.

  • Silício monocristalino (mono-Si)

Essas células são as mais eficientes e têm cantos cortados em formato octogonal. Isso ocorre porque as lâminas de silício (wafers) são cortadas de lingotes cilíndricos, geralmente produzidos pelo método Czochralski. Assim, os painéis solares feitos com células mono-Si exibem um padrão característico de pequenos diamantes brancos.

  • Silício policristalino (multi-Si)

Essas células são fabricadas a partir de silício purificado, mas seu processo de fusão é realizado em grandes blocos. Esse tipo apresenta menor eficiência em comparação às células monocristalinas. Importante ressaltar que a maioria dos painéis utilizados em residências, indústrias e usinas solares é composta por silício mono e policristalino.

  • Filme fino

Os painéis de filme fino possuem uma configuração completamente diferente dos dois tipos mencionados anteriormente. A eficiência na conversão da maioria desses painéis é 2 a 3 pontos percentuais inferior à das células de silício cristalino. Essa tecnologia é bastante eficaz e utilizada em pequenas aplicações fotovoltaicas, como calculadoras.

As três tecnologias de filme fino mais utilizadas incluem: silício amorfo (a-Si), seleneto de cobre gálio índio (CIGS) e telureto de cádmio (CdTe). Além disso, o First Solar (EUA) se destaca como o maior fabricante mundial desse tipo.

  • Silício amorfo (a-Si)

Esse modelo é utilizado em pequena escala e, portanto, sua tecnologia para geração elétrica é limitada. Sua produção pelo método denominado “empilhamento” resulta em custos elevados. Dessa forma, suas camadas podem ser combinadas com outras para aumentar sua eficiência entre 6% e 9%.

  • Seleneto de cobre índio e gálio (CIGS)

As eficiências das células feitas deste material nas placas solares variam entre 10% e 12%, superando outras tecnologias como as cells a-Si. Além disso, essas células usam uma quantidade reduzida de cádmio, um material tóxico. No Brasil, sua eficiência pode chegar até 13%.

  • Telureto de cádmio (CdTe)

Em placas solares do tipo película fina, essa tecnologia oferece um ótimo custo-benefício devido à sua eficiência média que gira em torno de 9% a 16%.

  • Arseneto de gálio

Com uma eficiência impressionante de 28%, seu custo inicial é elevado. Contudo, essa célula utiliza materiais semicondutores sintéticos que facilitam o desenvolvimento prático de novas células fotovoltaicas. Entretanto, seu uso está restrito à indústria espacial.

  • Célula fotovoltaica híbrida (HJT – Heterojunção)

Essas células são compostas por camadas finas de silício amorfo dispostas sobre wafers monocristalinos. Trata-se da combinação do silício amorfo (filme fino) com a tecnologia tradicional do silício cristalino. Essa junção proporciona um aumento na eficiência das células em até 20%, tornando-a uma tecnologia promissora para o futuro; espera-se que dentro de dez anos seus painéis estejam presentes nas residências.

  • Célula fotovoltaica orgânica (OPV)

Essa tecnologia utiliza eletrônicos orgânicos que empregam pequenas células ou condutores orgânicos para absorver luz solar e transportar carga elétrica, gerando eletricidade renovável e limpa. Devido à sua flexibilidade e eficiência, essa tecnologia está sendo adotada principalmente em sistemas fotovoltaicos econômicos, especialmente em casas e estabelecimentos comerciais menores ou médios.

Valor e eficiência da célula solar

Nas últimas quatro décadas, esse dispositivo apresentou uma considerável diminuição de custo. Isso ocorreu em função do aumento da demanda e do aprimoramento contínuo da capacidade produtiva desse material, além dos incentivos oferecidos pelo governo. O crescimento na adoção das células fotovoltaicas também é impulsionado pela alta nos preços da energia elétrica convencional.

Em contrapartida, sua eficiência é avaliada pela quantidade de energia gerada em 1 hora por 1 m 2, em condições laboratoriais. Por exemplo: nas circunstâncias citadas, uma célula fotovoltaica com 18% de eficiência gera 180 Watts por 1 m 2 em 1 hora. Uma célula com 15% de eficiência produz 150 Watts, e assim sucessivamente. É importante ressaltar que as melhorias tecnológicas constantes têm impacto positivo nesse aumento.

Efeito ambiental gerado pela célula fotovoltaica

A sua fabricação demanda a utilização de vários produtos químicos, por isso, atualmente o controle no processo de produção é bastante rigoroso. Dessa forma, as células são fabricadas em um ambiente controlado, onde todos os resíduos são tratados, resultando em um impacto ambiental praticamente inexistente.

Conclusão 

É fascinante observar o desenvolvimento de um projeto tecnológico tão significativo. Muitas pessoas nem têm conhecimento sobre o que é uma célula fotovoltaica e como ela é fundamental para o sistema solar. O aprimoramento dos dispositivos fotovoltaicos ocorreu ao longo de todo um século. E, somente agora, diante da necessidade urgente de trocar os antigos padrões por energia sustentável, estamos finalmente progredindo na adoção da energia solar. Melhor tarde do que nunca!

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