A ENERGIA FOTOVOLTAICA: UMA FONTE DE ENERGIA ALTERNATIVA

Autor

Energia fotovoltaica uma fonte de energia alternativa

Resumo

De acordo com a situação atual do meio ambiente e os relatos de que nas próximas décadas vamos ter uma escassez de combustíveis fosseis à comunidade científica vem cada vez mais fazendo pesquisas no setor energético procurando encontrar uma fonte de energia que seja alto suficiente para abastecer a humanidade sem prejudicar o meio ambiente. Este artigo trata-se de uma fonte de energia renovável que ainda esta em processo de aperfeiçoamento, cada vez mais vem evoluindo e se tornando mais eficiente: trata-se da energia fotovoltaica (energia solar) um sistema onde se capita a radiação solar e a transforma em energia elétrica. O propósito deste artigo é esclarecer dúvidas de como é o processo de energia fotovoltaica, como são feita as células, em particular as cristalinas, pois são a mais eficiente e descrever a montagem dos painéis e os componentes que faz parte do sistema de conversão.

Palavras – chave: Energia solar. Energia renovável. Painel fotovoltaico

1. Introdução

Atualmente, vivemos um período no qual a descoberta de novas fontes de energia renovável é muito importante. O meio ambiente presenteia a humanidade com várias fontes, como a energia eólica, termoelétrica, fotovoltaica entre outras.  Porem, ainda não pode viver somente de uma fonte, pois as mesmas ainda não são autossuficiente, mas através de pesquisas e avanços, essas fontes de energia alternativa podem se tornar autossuficiente. O artigo se trata de uma dessas fontes de energia alternativa, a energia fotovoltaica.

        “O efeito fotovoltaico foi observado em 1839 pelo físico francês que observou pela primeira vez o paramagnetísmo do oxigénio líquido, Alexandre Edmond Becquerel. Um muito jovem Becquerel conduzia experiências eletroquímicas quando, por acaso, verificou que a exposição à luz de eléctrodos de platina ou de prata dava origem ao efeito fotovoltaico.’’ [4]

Cerca de 80% dos sistemas de energia fotovoltaica é composto por células de silício. E oque define a eficiência dessas células é a pureza do silício, quanto mais perfeito as moléculas de silício estiverem alinhadas, melhor será a conversão de radiação solar em energia, mas os processos usados para o tratamento do silício impactam no valor do painel, pois é um processo que custa muito dinheiro.

 “A eficiência de conversão das células solares é medida pela proporção da radiação solar incidente sobre a superfície da célula que é convertida em energia elétrica. Atualmente, as melhores células apresentam um índice de eficiência de 25%. [1]”. No mercado existe uma variedade de painéis fotovoltaica, este artigo tem o foco,  somente em células fotovoltaicas do tipo cristalino, sendo monocristal e policrístal, pois são células fotovoltaica com melhor eficiência, células do tipo monocrístalina e policrístalina tem eficiente de conversão de luz solar em energia elétrica de 12% ate 25%  dependendo das condições em que o painel e instalado.  Já as células de filme fino tem uma eficiência de conversão de luz solar em energia elétrica em torno de 7 a 11% depende das condições de instalação do painel solar.

Células de filme fino são células fotovoltaicas que utiliza menos material e energia para sua fabricação, não tem restrições quanto ao tamanho e formato, podem ser flexíveis e transparentes, são fabricadas de Silício Amorfo, Telureto de Cadimo e Disseleneto de Cobre índio (e Gálio) tem um custo inferior as células cristalinas, mas sua vida útil, é menor e são menos eficiente.

Desenvolvimento

1. Energia fotovoltaica

O efeito fotovoltaico ocorre através da excitação dos elétrons de certos materiais na presença da luz solar. Entre os materiais adequado o que mais se destaca é o silício.        [pic 1]

 “Também se usa outros materiais como o disseleneto de cobre-indio (CIS) e telureto de cádmio (CdTe). O silício é o material mais utilizado na fabricação de células solares, não somente pelo fato de ser o material mais abundante na Terra, mas pela larga experiência alcançada pela indústria de microeletrônica, por seu baixo índice de contaminação e por sua alta durabilidade”[2].  

Porem o silício puro não é um bom condutor de elétrons, pois ele tem uma falta de elétrons livres, problema que é resolvido com a dopagem acrescentando porcentagem de fósforo e boro ao silício. O fósforo cria uma camada de elétrons livres positivos (tipo P), já o boro cria um camada de elétrons livres negativos (tipo N), a união desses elétrons livres, faz com que os elétrons livres tipo N preencham as lacunas no silício, e assim formando um campo elétrico.

Célula fotovoltaica

[pic 2]

 

Fonte: Algo Sobre

“Segundo Tolmasquim (2003), quando a junção P-N é excitada pela luz solar, os fótons da luz se chocam com os elétrons da estrutura do silício fornecendo-lhes energia e transformando-os em condutores.” [2] os elétrons flui da camada P para a camada N, gerando um fluxo de elétrons ( Corrente elétrica ).

1. Células fotovoltaica

1.  Célula fotovoltaico de silício monocrístalino 

Célula fotovoltaica de silício monocrístalino vem sendo líder em eficiência, pois tem o maior grau de pureza do silício. Sua fabricação é feita a partir de varetas de silício mas em forma de policrístal, o procedimento usado para a transformação do silício policrístal em um único cristal, é feito pelo processo Czochralsky, que consiste em derreter novamente o silício em temperatura entorno de 1500 °C.

“Uma semente de monocristal de silício é inserida no cadinho e, à medida que o mosto é resfriado, o cadinho e a semente giram. O cristal semente é vagarosamente erguido do cadinho, orientando a formação de um novo cristal único de silício (monocristal) de aproximadamente 30 cm de diâmetro e vários metros de comprimento.”[3] 

Este silício depois é cortado em formato (semi) quadro em laminas de aproximadamente 0.3mm e são tratadas para a remoção das rebarbas, então feita a dopagem do silício com fósforo e bora criando a junção PN. Então é aplicado uma camada de material antirreflexo e inicia a impressão dos contatos frontais e traseiros, por fim é feita um desbaste nas laterais a fim de remover possível causadores de curto-circuito. As células fotovoltaica de silício monocrístalino tem a desvantagem de ter um alto custo devido ao processo de purificação do silício, que utiliza muitos materiais e energia. Sua eficiência na conversão de luz solar em energia elétrica é de aproximadamente 15%