Aplicação de fotocélulas solares. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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As células solares fotovoltaicas são uma alternativa técnica e economicamente viável aos combustíveis fósseis em diversas aplicações. Uma célula solar pode converter diretamente a radiação solar em eletricidade sem o uso de quaisquer mecanismos móveis. Graças a isso, a vida útil dos geradores solares é bastante longa. Os sistemas fotovoltaicos comprovaram-se desde o início da aplicação industrial de células fotovoltaicas. Por exemplo, as células solares têm sido a principal fonte de energia para satélites em órbita terrestre desde a década de 1960.

Em áreas remotas, as células fotovoltaicas alimentam sistemas de energia fora da rede desde a década de 1970. Na década de 1980, os fabricantes de bens de consumo produzidos em massa começaram a integrar células fotovoltaicas em muitos dispositivos, desde relógios e calculadoras até equipamentos musicais. Na década de 1990, as concessionárias começaram a usar células fotovoltaicas para atender às necessidades dos pequenos clientes.

As unidades de bombeamento solar fotovoltaica são eficientes e econômicas em praticamente qualquer aplicação de bombeamento de água. As empresas de energia dos EUA descobriram que é mais econômico operar bombas de água movidas a energia solar do que manter linhas de distribuição elétrica que levam a bombas remotas. Algumas concessionárias oferecem unidades de bombeamento movidas a energia solar para atender às solicitações dos clientes.

Nas áreas rurais, existem outros usos para sistemas fotovoltaicos - carregamento e iluminação de cercas elétricas; fornecendo circulação de água, ventilação, luz e ar condicionado em estufas e instalações hidropônicas.

Módulos fotovoltaicos forneceram eletricidade ao balão Breitling Orbiter 3 durante seu voo sem escalas ao redor do globo. Durante três semanas em março de 1999, todo o equipamento a bordo do balão foi alimentado por 20 módulos suspensos sob uma cesta. Cada módulo foi inclinado para fornecer uma corrente uniforme durante a condução e carregar cinco baterias para dispositivos de navegação, alimentar um sistema de comunicação por satélite, fornecer iluminação e aquecimento de água. Todos os módulos funcionaram perfeitamente durante toda a viagem.

As células fotovoltaicas são usadas com sucesso para a eletrificação de aldeias. Hoje, dois bilhões de pessoas no mundo vivem sem eletricidade. A maioria deles está em países em desenvolvimento, onde 75% da população não tem acesso à eletricidade. Aldeias remotas geralmente não estão conectadas à rede.

Aqueles que não têm acesso à eletricidade da rede geralmente usam combustíveis fósseis - querosene, óleo diesel. Há uma série de problemas associados ao seu uso:

• as importações de combustíveis fósseis esgotam o suprimento de moeda forte do país;
• o transporte de combustível é dificultado pela falta de infraestrutura normal;
• a manutenção e reparo do gerador são problemáticos devido à falta de peças de reposição;
• o gerador polui o ambiente com exaustão e faz muito barulho.

A iluminação elétrica fotovoltaica é mais eficiente do que as lâmpadas de querosene, e instalar um sistema fotovoltaico geralmente custa menos do que estender a rede. Além disso, muitos países em desenvolvimento estão localizados em regiões com altos níveis de radiação solar, o que significa que eles têm abundância de energia gratuita durante todo o ano. A produção de "eletricidade solar" é simples e confiável, como comprovado pela experiência de operar dezenas de milhares de sistemas fotovoltaicos em todo o mundo.

Nas próximas décadas, uma parte significativa da população mundial se familiarizará com os sistemas fotovoltaicos. Graças a eles, a necessidade tradicional de construção de grandes e caras usinas e sistemas de distribuição desaparecerá. À medida que o custo das células solares diminui e a tecnologia melhora, vários mercados potencialmente enormes para células solares se abrirão. Por exemplo, células solares embutidas em materiais de construção realizarão ventilação e iluminação de casas. Os produtos de consumo - de ferramentas manuais a automóveis - se beneficiarão do uso de componentes contendo componentes fotovoltaicos. As concessionárias também poderão encontrar novas formas de utilização das células fotovoltaicas para atender às necessidades da população.

A União Européia estabeleceu uma meta de dobrar a participação de energia renovável até 2010. Um componente importante é a produção de 1 milhão de sistemas fotovoltaicos (500000 telhados e 500000 sistemas rurais exportados) com uma capacidade instalada total de 1 GW. A BP Amoco (uma das principais vendedoras de produtos petrolíferos do mundo) vai usar energia solar em 200 de suas novas estações de serviço na Grã-Bretanha, Austrália, Alemanha, Áustria, Suíça, Holanda, Japão, Portugal, Espanha, França e EUA. O programa de US$ 50 milhões inclui o uso de 400 painéis solares com capacidade total de 3,5 MW e uma redução nas emissões de dióxido de carbono em 3500 toneladas por ano.

Através deste projeto, a BP Amoco se tornará um dos maiores consumidores mundiais de eletricidade solar, bem como um dos maiores fabricantes de células e módulos solares. Os painéis solares gerarão mais eletricidade do que o necessário para iluminação e bombas de água, de modo que o sistema será conectado à rede. Durante o dia, o excesso de eletricidade será fornecido à rede e, à noite, a falta de energia será reposta a partir dela. O mercado mundial de células solares até 2010 deve chegar a 1000 MW, e até 2050 - 5 milhões de MW, de acordo com a previsão do presidente da BP Solar.

As células fotovoltaicas geram eletricidade com um desempenho que varia em função do nível de radiação solar. As células fotovoltaicas são combinadas em módulos que constituem o principal componente dos sistemas fotovoltaicos. Os módulos são projetados para diferentes tensões, até várias centenas de volts. Isto é conseguido conectando fotocélulas e módulos em série. Os inversores devem ser usados ​​para alimentar aparelhos elétricos de CA.

A eficiência das fotocélulas é calculada como uma relação percentual entre a energia fornecida à fotocélula e a eletricidade fornecida ao consumidor. Há uma diferença entre eficiência teórica, laboratorial e prática. É importante saber a diferença entre os dois e, para usuários de células solares, é claro, apenas a eficiência prática importa.

Eficiência prática de células fotovoltaicas produzidas em massa:

• silício monocristalino: 16 - 17%;
• silício policristalino: 14 - 15%;
• silício amorfo: 8 - 9%.

Os sistemas fotovoltaicos são geralmente divididos em:

1. Sistemas autônomos que consistem apenas em painéis fotovoltaicos. Além disso, podem incluir reguladores e baterias.
2. Sistemas híbridos, que são uma combinação de células fotovoltaicas e meios adicionais para geração de eletricidade, como vento, diesel ou gás natural. Esses sistemas geralmente usam baterias e reguladores menores.
3. Os sistemas conectados à rede são, na verdade, pequenas usinas de energia que fornecem eletricidade à rede pública.

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