Tecnologia de células solares fotovoltaicas. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
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Os sistemas solares fotovoltaicos são fáceis de manusear e não possuem mecanismos móveis, mas as próprias células fotovoltaicas contêm dispositivos semicondutores complexos semelhantes aos usados para a produção de circuitos integrados. As células fotovoltaicas são baseadas no princípio físico de que uma corrente elétrica é gerada pela ação da luz entre dois semicondutores com propriedades elétricas diferentes que estão em contato um com o outro. A combinação de tais elementos forma um painel ou módulo fotovoltaico.
Os módulos fotovoltaicos, devido às suas propriedades elétricas, geram corrente direta em vez de corrente alternada. Ele é usado em muitos dispositivos simples alimentados por bateria. A corrente alternada, por outro lado, muda de direção em intervalos regulares. É esse tipo de eletricidade fornecida pelos produtores de energia, é usada para a maioria dos aparelhos e dispositivos eletrônicos modernos. Nos sistemas mais simples, a corrente contínua dos módulos fotovoltaicos é usada diretamente. No mesmo local onde a CA é necessária, um inversor deve ser adicionado ao sistema, que converte CC em CA.
A produção moderna de células solares é quase inteiramente baseada em silício. Cerca de 80% de todos os módulos são feitos de silício poli ou monocristal, enquanto os 20% restantes usam silício amorfo. As células fotovoltaicas cristalinas são as mais comuns e geralmente têm uma cor azul com um brilho. Amorfo ou não cristalino - tem aparência lisa e muda de cor dependendo do ângulo de visão. O silício monocristalino tem a melhor eficiência (cerca de 14%), mas é mais caro que o silício policristalino, que tem uma média de 11% de eficiência. O silício amorfo é amplamente usado em pequenos dispositivos, como relógios e calculadoras, mas sua eficiência e estabilidade a longo prazo são muito menores, por isso raramente é usado em aplicações de energia.
A fotocélula é um "sanduíche" de silício - a segunda substância mais comum na Terra. Noventa e nove por cento das células solares modernas são feitas de silício (Si), e o restante é construído com base no mesmo princípio das células solares de silício. Uma certa substância é aplicada a uma camada de silício, devido à qual se forma um excesso de elétrons. Isso resulta em uma camada carregada negativamente ("N"). Na outra camada, uma falta de elétrons é criada, torna-se carregada positivamente ("P"). Juntas com condutores, essas duas superfícies formam uma junção elétron-buraco fotossensível. É chamado de semicondutor porque, ao contrário de um fio elétrico, conduz a corrente em apenas uma direção - do negativo para o positivo. Quando exposto ao sol ou outra fonte de luz intensa, é gerada uma corrente direta de aproximadamente 0,5 volts. A intensidade da corrente (amperes) é proporcional à energia da luz (número de fótons). Em qualquer sistema fotovoltaico, a tensão é quase constante e a corrente é proporcional ao tamanho das células fotovoltaicas e à intensidade da luz.
As células fotovoltaicas são feitas de silício ultrapuro, misturado em proporções precisas com algumas outras substâncias. O substrato de silício ultrapuro a partir do qual as células solares são feitas é muito caro. A quantidade de silício ultrapuro necessária para fazer um módulo fotovoltaico de 50 W seria suficiente para os circuitos integrados de cerca de dois mil computadores. Além disso, alumínio, vidro e plástico estão presentes nas células solares - materiais baratos e reutilizáveis.
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