A energia fotovoltaica é uma fonte de energia renovável que basicamente transforma a radiação ou a energia solar em eletricidade. Estima-se que a produção fotovoltaica mundial cobre entre 3,5% e 7% da procura de eletricidade existente.
Esta forma de geração de energia, uma vez instalada e em funcionamento, não gera quaisquer gases com efeito de estufa ou outros tipos de poluição. Além disso, é muito fácil de adaptar a instalação às necessidades dos seus usuários.
As suas principais desvantagens são que necessita de luz solar direta para maximizar a sua eficiência e que, normalmente, as horas de irradiação solar máxima não coincidem com as horas de maior procura de eletricidade.
A célula fotoeléctrica
É o elemento básico dos painéis fotovoltaicos e representa o elemento chave de todo o processo de produção de eletricidade.
Em resumo, a função das células fotoeléctricas (também conhecidas como células, fotocélulas ou células fotovoltaicas, entre outras) é transformar a luz em tensão e corrente elétrica. Um fenómeno que é manifestado por alguns semicondutores e que se chama efeito fotoeléctrico.
Este efeito, embora descoberto por Heinrich Hertz em 1887, só teria uma base teórica quase 20 anos mais tarde no artigo “Heurística da geração e conversão da luz” publicado por Albert Einstein.
Princípio de funcionamento
O princípio por detrás desta tecnologia, sem entrar em demasiados detalhes sobre os seus fundamentos físicos, baseia-se na capacidade de um fóton atingir um átomo semicondutor e excitá-lo, libertando assim um elétron e criando um buraco.
Os elétrons normalmente encontram um novo buraco para ocupar rapidamente, e a energia fornecida pelo fóton é dissipada em forma de calor.
A peculiaridade dos materiais que compõem as fotocélulas é que forçam os elétrons e buracos a moverem-se em vez de recombinarem ao mesmo tempo. Isto cria uma diferença potencial, tal como uma bateria.
![geração de eletricidade na célula fotoeléctrica](https://www.efectoled.com/blog/es/wp-content/uploads/sites/2/2019/01/generacion-movimiento-electron-fotocelda.gif)
Fabrico de fotocélulas
As técnicas de fabrico destas células são semelhantes às de outros dispositivos semicondutores, embora o grau de pureza das matérias-primas necessárias, ou o próprio processo, não sejam tão exigentes.
O processo é, em geral, semelhante ao seguinte:
- A matéria-prima, como o quartzo, é levada e introduzida num forno onde é obtido silício fundido..
- As impurezas são eliminadas.
- Processos como o de Czochralski produzem lingotes monocristalinos.
- O lingote é cortado em fatias muito finas (pastilhas) de 200 µm.
- Limpeza e polimento das pastilhas.
- Dopagem das pastilhas, que pode ser realizada durante o processo Czochralski no caso da dopagem do Boro (B) ou, como é feito com o Fósforo (P), trazendo as pastilhas abaixo do ponto de fusão na presença de gás fósforo.
- As células são ligadas umas às outras por contatos elétricos e são acrescentadas tiras metálicas finas para “capturar” a eletricidade gerada.
- É acrescentado um revestimento anti-reflexo para evitar fugas.
- As células solares são encapsuladas e colocadas na estrutura do painel.
Tipos de células fotovoltaicas
Embora existam vários tipos de células, vamos concentrar-nos nos dois tipos mais populares.
![Tipos de células fotovoltaicas](https://www.efectoled.com/blog/es/wp-content/uploads/sites/2/2019/01/fotocelulas-300x148.jpg)
Células de silício policristalino
Também conhecidas como células multicristalinas, caracterizam-se por cristais múltiplos que se formam durante o esfriamento do silício. Isto resulta num aspecto não-uniforme.
Têm uma eficiência de cerca de 100 Wp/m2 (volts pico por metro quadrado) com uma alta eficiência de 14%.
É utilizado especialmente em climas quentes, uma vez que sofre menos de sobreaquecimento.
Células de silicio monocristalino
Para além das células solares, é também utilizada como base para chips de silício, embora as exigências sobre as imperfeições destes sejam muito mais limitativas.
A sua eficiência e desempenho é um pouco superior, com quase 150 Wp/m2 e 14-16% respectivamente.
Ao contrário das anteriores, são menos tolerantes a temperaturas elevadas.
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Aplicações de energia solar fotovoltaica
As aplicações deste tipo de energia são muito diversas. Neste artigo vamos centrar-nos nas instalações de auto-consumo doméstico de eletricidade, mas primeiro vamos enumerar algumas das muitas utilizações que tem:
Mecanismos isolados
São normalmente dispositivos pequenos que são alimentados por uma pequena placa ou grupo de fotocélulas.
O exemplo mais típico é a calculadora solar, mas hoje em dia podemos encontrar todo o tipo de dispositivos como candeeiros, bombas de água ou parquímetros.
![parquímetro com painel solar](https://www.efectoled.com/blog/es/wp-content/uploads/sites/2/2019/01/parquimetro-solar.jpg)
Transporte e navegação
Embora a sua utilização como fonte de energia primária seja mais experimental do que prática, está a ser cada vez mais utilizada como sistema auxiliar de energia, tanto em automóveis como em barcos.
O World Solar Challenge na Austrália é muito popular. Uma corrida em que várias equipas (principalmente empresas, universidades ou institutos) competem com os seus respectivos carros solares ao longo de 3021 km de deserto.
![corrida de carros solares](https://www.efectoled.com/blog/es/wp-content/uploads/sites/2/2019/01/World-Solar-Challenge.jpg)
Explorações solares
Também chamados parques solares, nada mais são do que centrais fotovoltaicas, nas quais são instalados grandes sistemas de painéis solares para gerar eletricidade e alimentar a rede.
![Explorações solares](https://www.efectoled.com/blog/es/wp-content/uploads/sites/2/2019/01/granja-solar.jpeg)
Telecomunicações
Este tipo de energia é muito útil em centrais telefónicas, antenas de rádio ou repetidores de microondas, onde é geralmente instalado em conjunto com baterias. Desta forma, o serviço não é interrompido em caso de falha de energia.
Aeroespacial
Uma das primeiras aplicações da tecnologia fotovoltaica. Os painéis solares são utilizados há muito tempo em satélites, desde que os EUA lançaram o Vanguard 1 em 1958.
![Satélite com painéis solares](https://www.efectoled.com/blog/es/wp-content/uploads/sites/2/2019/01/satelite-con-placas-solares.jpeg)
Autoconsumo fotovoltaico por meio de painéis solares
O auto-consumo fotovoltaico é entendido como a produção de energia para consumo próprio, obviamente utilizando painéis solares.
Este tipo de instalação encontra-se principalmente em casas unifamiliares onde, em geral, a instalação e dimensionamento do sistema é mais simples.
Elementos básicos de um sistema fotovoltaico “doméstico”.
Os principais componentes de uma instalação solar fotovoltaica padrão incluem:
Painéis fotovoltaicos: os responsáveis pela produção de energia elétrica, com base no princípio físico que já detalhámos no início deste artigo.
Baterias: acumular a energia gerada para utilização posterior, geralmente à noite e durante as horas de pouca luz.
Inversor: transforma corrente contínua em corrente alternada.
Reguladores de carga: impedir a carga/descarga excessiva das baterias, prolongando a sua vida útil.
É de notar que nem todos os elementos têm de estar presentes numa instalação, excepto os painéis, para que esta seja plenamente funcional. Tudo depende das necessidades de cada projeto.
![casa com painéis solares](https://www.efectoled.com/blog/es/wp-content/uploads/sites/2/2019/01/autoconsumo-solar.jpg)
Classificação dos sistemas fotovoltaicos de autoconsumo
Entre as diferentes opções atualmente disponíveis, podemos distinguir, a nível técnico, vários tipos de instalações, dependendo de estarem ou não ligadas à rede elétrica convencional e de como esta ligação é feita.
De esta manera podemos diferenciar:
Sistema fotovoltaico isolado
Como o nome sugere, estes são sistemas completamente fora da rede. São especialmente populares em áreas onde o acesso à eletricidade é mais limitado.
Neste tipo de instalação, a utilização de baterias é essencial porque, se não estivessem presentes, a disponibilidade de eletricidade seria limitada às horas de luz solar.
É muito comum encontrar instalações deste tipo que combinam circuitos separados para AC e DC, ou seja, têm dispositivos que funcionam em corrente contínua (principalmente 12V/24V), tais como iluminação, e outros que funcionam em corrente alternada, tais como uma televisão.
Sistema fotovoltaico ligado à rede
Neste caso, a rede convencional serve como reserva quando a energia solar gerada não é suficiente, eliminando a necessidade de instalar baterias e reduzindo o custo da instalação.
Aqui podemos fazer a distinção na legislação atual entre instalações com ou sem produção em excesso descarregada na rede (um sistema isolado obviamente não alimenta de novo a rede de distribuição).
Sabemos agora um pouco mais sobre como funciona a energia solar fotovoltaica e as suas muitas aplicações.