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Dispositivos para conversão direta de luz ou energia solar em eletricidade são chamados de fotovoltaicos (em inglês Photovoltaics, do grego photos - luz e o nome da unidade de força eletromotriz - volt). A conversão da luz solar em eletricidade ocorre em células solares feitas de material semicondutor como o silício, que produz uma corrente elétrica quando exposta à luz solar.

Ao conectar células fotovoltaicas em módulos, e estes, por sua vez, entre si, é possível construir grandes estações fotovoltaicas. A maior estação desse tipo até hoje é a instalação de 5 megawatts em Carrisa Plain, no estado americano da Califórnia. A eficiência das instalações fotovoltaicas é atualmente de cerca de 10%, mas as células fotovoltaicas individuais podem atingir eficiências de 20% ou mais.

história

A história das células fotovoltaicas remonta a 1839, quando o físico francês Edmond Becquerel descobriu o efeito fotovoltaico. Isto foi seguido por novas descobertas:

• Em 1958, pequenas baterias fotovoltaicas (menos de 1 watt) alimentaram o transmissor de rádio do satélite espacial americano Vanguard. Em geral, a pesquisa espacial desempenhou um papel importante no desenvolvimento das células solares.
• Durante a crise do petróleo de 1973-74. Vários países lançaram programas de células fotovoltaicas, levando à instalação e testes de mais de 3100 sistemas fotovoltaicos somente nos Estados Unidos. Muitos deles ainda estão em uso.

Mercado de fotocélulas

O estado atual do mercado de células solares é caracterizado por um crescimento bastante estável, cerca de 20% ao ano, mas os volumes de produção de fotocélulas permanecem bastante baixos. A produção mundial de módulos em 1998 foi de cerca de 125 MW, enquanto o preço caiu de US$ 50 por watt em 1 para US$ 1976 por watt em 5. No entanto, o quilowatt-hora de eletricidade gerada pelo sistema fotovoltaico ainda é 1 a 1999 vezes mais caro que a eletricidade tradicional ( dependendo da localização específica e do tipo de sistema). Assim, o mercado de células solares ainda ocupa um pequeno nicho na economia global. Mas continua a crescer de forma constante nos segmentos de mercado onde as células fotovoltaicas são competitivas, como os sistemas fora da rede.

Em muitas regiões do mundo, o progresso é muito visível. O governo japonês está investindo 250 milhões de dólares por ano para aumentar a capacidade de produção de 40 MW (1997) para 190 MW (2000). Os países europeus estão a prosseguir os seus próprios programas, motivados pela necessidade de independência energética e por considerações ambientais. Estes programas, juntamente com questões ambientais como as alterações climáticas, podem acelerar significativamente o desenvolvimento desta indústria. A Shell Solar construiu a maior planta de produção de células solares da Alemanha, com capacidade de produção anual de 10 MW, que está prevista para ser aumentada para 25 MW. O custo de construção da fábrica é de 50 milhões de marcos alemães.

Vantagens

Alta confiabilidade

As células fotovoltaicas foram desenvolvidas para uso no espaço, onde os reparos são muito caros ou impossíveis. Até agora, as células solares são a fonte de energia para quase todos os satélites na órbita da Terra, porque funcionam sem avarias e quase não requerem manutenção.

Baixos custos operacionais

As células fotovoltaicas operam com combustível gratuito - energia solar. Devido à ausência de peças móveis, requerem pouca manutenção. Os sistemas fotovoltaicos económicos são uma fonte ideal de electricidade para estações de comunicação nas montanhas, bóias de navegação no mar e outras aplicações localizadas longe das linhas eléctricas.

Ecologicamente correto

Como os sistemas fotovoltaicos não queimam combustível e não possuem peças móveis, eles são silenciosos e limpos. Este recurso é extremamente útil onde as únicas alternativas de iluminação e fornecimento de energia são geradores a diesel e lâmpadas de querosene.

Modularidade

O sistema fotovoltaico pode ser personalizado para qualquer tamanho. O proprietário de tal sistema pode aumentá-lo ou diminuí-lo se sua necessidade de eletricidade mudar. À medida que o consumo de energia e as capacidades financeiras aumentam, o proprietário pode adicionar módulos a cada poucos anos. Os agricultores podem fornecer água potável ao gado utilizando sistemas de bombeamento móveis.

Baixos custos de construção

Os sistemas fotovoltaicos geralmente estão localizados próximos ao consumidor, o que significa que as linhas de energia não precisam ser puxadas por longas distâncias, como é o caso na conexão às linhas de energia. Além disso, nenhum transformador abaixador é necessário. Menos fios significam custos mais baixos e tempos de instalação mais curtos.

Custo da eletricidade gerada por um sistema fotovoltaico

Muitos pequenos sistemas fotovoltaicos que alimentam algumas lâmpadas e uma televisão são muito mais baratos do que a alternativa de estender a linha eléctrica, substituir e reciclar baterias descartáveis, ou utilizar um gerador a diesel. O custo da eletricidade produzida em grandes instalações capazes de alimentar um edifício residencial é expresso no custo de um kWh. Depende do custo inicial do sistema, dos termos do empréstimo (para pagar o custo inicial), do custo de operação do sistema, da sua vida útil esperada e da eficiência global.

Com taxas de empréstimo típicas e vida útil média, o custo da eletricidade solar nos Estados Unidos em 1998 estava entre 20 e 50 centavos por kWh.

Área do sistema fotovoltaico

Os módulos mais comuns (silício cristalino) produzem 100-120 watts por metro quadrado (W/m2). Assim, um módulo de um metro quadrado produz eletricidade suficiente para alimentar uma lâmpada de 100 watts. Se falamos em escala industrial, uma estação fotovoltaica ocupando um terreno quadrado com cerca de 160 km de lado poderia fornecer eletricidade para todos os Estados Unidos. A melhor solução, no entanto, é colocar módulos fotovoltaicos nas coberturas dos edifícios ou integrá-los nas paredes das fachadas.

Esta é uma opção mais barata, pois economiza materiais de construção.

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