Célula Fotovoltaica é a unidade básica de um sistema fotovoltaico.
As células são produzidas com material semicondutor que, através do efeito fotovoltaico, convertem a radiação solar em energia elétrica.
Porém, uma única célula não é suficiente para gerar potências elétricas elevadas, para chegar a tal condição os fabricantes associam várias células, e as encapsulam para proteção, formando assim um módulo fotovoltaico, também conhecido como painel fotovoltaico ou ainda placa solar.
Os módulos comerciais diferem entre si por vários fatores, como a capacidade de gerar potencial, chamado de potência-pico, fator de forma, área, etc. E esses valores se alteram de acordo ao tipo de célula fotovoltaica utilizada, sendo que a mais utilizada são as de silício cristalizado.
“ ENTENDO O EFEITO FOTOVOLTAICO
Os módulos são compostos de células solares de silício. Elas são semicondutores de electricidade porque o silício é um material com características intermédias entre um condutor e um isolante.
O silício apresenta-se normalmente como areia. Através de métodos adequados obtém-se o silício em forma pura. O cristal de silício puro não possui eletrons livres e portanto é um mau condutor eléctrico. Para alterar isto acrescentam-se porcentagens de outros elementos. Este processo denomina-se dopagem. Mediante a dopagem do silício com o fósforo obtém-se um material com eletrons livres ou material com portadores de carga negativa (silício tipo N). Realizando o mesmo processo, mas acrescentando Boro ao invés de fósforo, obtêm-se um material com características inversas, ou seja, defice de eletrons ou material com cargas positivas livres (silício tipo P).
Cada célula solar compõe-se de uma camada fina de material tipo N e outra com maior espessura de material tipo P (ver Figura 2).
Separadamente, ambas as capas são electricamente neutras. Mas ao serem unidas, exactamente na união P-N, gera-se um campo eléctrico devido aos eletrons do silício tipo N que ocupam os vazios da estrutura do silício tipo P.
Representação do funcionamento de uma célula fotovoltaica de silício cristalizado – Fonte: BlueSol
Ao incidir a luz sobre a célula fotovoltaica, os fotons que a integram chocam-se com os eletrons da estrutura do silício dando-lhes energia e transformando-os em condutores. Devido ao campo eléctrico gerado na união P-N, os eletrons são orientados e fluem da camada “P” para a camada “N”.
Por meio de um condutor externo, liga-se a camada negativa à positiva. Gera-se assim um fluxo de eletrons (corrente eléctrica) na conexão. Enquanto a luz continua a incidir na célula, o fluxo de eletrons será mantido. A intensidade da corrente gerada variará proporcionalmente conforme a intensidade da luz incidente.
Como se viu anteriormente, ao unir-se a camada negativa de uma célula com a positiva da seguinte, os eletrons fluem através dos condutores de uma célula para a outra. Este fluxo repete-se até chegar à última célula do módulo, da qual fluem para o acumulador ou a bateria. Cada eletron que abandona o módulo é substituído por outro que regressa do acumulador ou da bateria. É por isso que se considera inesgotável um dispositivo fotovoltaico. Produz energia eléctrica em resposta à energia luminosa que entra no mesmo.
Deve-se esclarecer que uma célula fotovoltaica não pode armazenar energia eléctrica. ”
… UM POUCO DE HISTÓRIA
O efeito fotovoltaico foi demonstrado pela primeira vez em 1839 pelo físico francês Edmond Becquerel. Aos 19 anos, ele construiu a primeira célula fotovoltaica do mundo no laboratório de seu pai.
Já em 1883 Charles Fritts construiu a primeira célula fotovoltaica em estado sólido. Ele revestiu o semicondutor selênio com uma fina camada de ouro para formar as junções. A célula fotovoltaica de Charles tinha apenas 1% de eficiência.
Mais de 100 após a primeira demonstração do efeito fotovoltaico por Edmond Becquerel, em 25 de abril de 1954 foi lançada a primeira célula fotovoltaica comercial pelos executivos da Bell Labs (a mesma empresa originada por Alexander Graham Bell, o inventor do telefone).
Celula Fotovoltaica (1954) – Fonte: Bell Labs
No dia 26 de abril de 1954, em sua primeira página, o jornal “The New York Times” descreveu o anúncio da primeira célula solar capaz de gerar eletricidade para uso cotidiano como um grande marco histórico. O jornal dizia: “O início de uma nova era, possivelmente a realização de um dos sonhos mais desejados da humanidade – o aproveitamento da energia quase ilimitada do sol para uso da civilização”.
Daryl Chapin, Calvin Fuller e Gerald Pearson, cientistas responsáveis pela pesquisa, nunca imaginaram inventar uma célula solar que causasse esta revolução. A partir deste anúncio, esta nova forma de se gerar e utilizar energia elétrica desenvolveu a quase inexistente indústria fotovoltaica.
Os três cientistas estavam simplesmente tentando solucionar problemas com sistemas telefônicos da Bell Labs. As fontes tradicionais funcionavam muito bem em climas amenos, porém nos trópicos elas se degradavam rapidamente e paravam de funcionar. Assim, a Bell Labs convocou o trio de cientistas para explorar fontes alternativas para fornecimento de energia autônoma. Naquele tempo, Daryl Chapin já era um entusiasta da energia solar e recebeu aprovação para incluir células solares no desenvolvimento da solução do problema.
Fontes: Bluesol; Portal Solar; Solar Energia; Solsticio Energia
