O que são e como funcionam as células solares?

A energia solar tem crescido exponencialmente no Brasil nos últimos tempos, para explicar melhor como funciona essa tecnologia, criamos esse post. Entenda como células solares funcionam e qual a importância desses aparelhos.

O que são células solares?

O principal fator da energia solar é a transformação da energia vinda da luz solar em energia elétrica, e é justamente essa a função dessa tecnologia.

As células solares são o que possibilita que o efeito fotovoltaico ocorra, sendo elas as responsáveis pela produção de energia em uma placa solar.

Em uma placa fotovoltaica agrupam-se diversas células de modo a criar o que chamamos de “módulo fotovoltaico”. Para que esse módulo funcione de maneira ideal, as células são conectadas através de uma faixa condutora finíssima, de modo a fechar o circuito e garantir o funcionamento da placa.

Assim sendo, as células serão revestidas por uma camada de vidro temperado antirreflexo e então serão inseridas na moldura de alumínio.

Com esse sistema montado, a placa solar já funcionará individualmente, porém o mais comum é que se monte uma série de placas para maximizar a energia produzida.

Dessa forma, as placas se ligam através dos cabos localizados em suas respectivas caixas de junção, formando um sistema de painéis.

Esse sistema então será conectado ao inversor solar, capaz de transformar a corrente direta de energia em corrente alternada. Então será possível utilizar a energia solar produzida por esses painéis.

Quais são os tipos de células solares?

Em breve síntese, existem dois principais tipos de células solares: fotovoltaicas e térmicas.

Enquanto a primeira funciona captando a luz solar para converter em geração de energia, a segunda realiza a captação para gerar aquecimento no local.

A célula solar fotovoltaica é a mais conhecida e utilizada pela população ao redor do mundo, sendo um meio eficiente e sustentável de obter energia. Presente em equipamentos de obtenção de energia solar, esse tipo de célula pode compor um único painel ou um arranjo de painéis fotovoltaicos – e, consequentemente, serem utilizados para instalação em residências, fábricas, estabelecimentos comerciais, dentre outros.

Para entender melhor sobre a produção de energia solar, confira o post: Como é produzida a energia solar?

O que é o efeito fotovoltaico?

Sendo o responsável pela produção da energia solar, é de extrema importância entendermos esse fenômeno para compreendermos as células fotovoltaicas.

O efeito fotovoltaico é caracterizado pelo surgimento de uma tensão elétrica em um material semicondutor, quando este é exposto à luz visível.

O painel solar é composto por uma banda de valência completa, uma de condução vazia e um gap de 1 elétron-volt entre elas.

Quando o elétron recebe energia, ele migra para a banda de condução, gerando energia elétrica. Para que isso aconteça, o painel solar deve ter, no seu interior, um conjunto de células fotovoltaicas.

No vídeo a seguir, podemos observar o funcionamento dos painéis solares através de uma animação publicada no canal do TED-Ed no YouTube:

Como funcionam células fotovoltaicas?

Todos os modelos de célula fotovoltaica possuem em sua composição um polo negativo e um polo positivo. No polo positivo há a falta de elétrons enquanto no negativo há a sobra dos mesmos.

Quando a luz atinge a célula, o sílico irá reagir com ela e fará com que os elétrons se desprendam do polo negativo. Os elétrons irão tentar atravessar para o lado positivo, mas não conseguem fazer isso diretamente.

O único caminho disponível para poderem atravessar é uma grade fina entre os polos, e ao passarem por ali uma corrente elétrica é gerada, o que chamamos de energia fotovoltaica.

Dessa forma, nem toda luz é transformada em energia, mas a incidência da luz é o que iniciará a reação que produz energia elétrica.

Quais os tipos de células fotovoltaicas?

As células fotovoltaicas se dividem em diversas classificações, cada uma com um material específico ou uma característica única. Confira a seguir alguns dos tipos distintos de células.

• Células de sílico monocristalino: Nesse caso as células são feitas apenas de um cristal de sílico, como sugere o seu nome. Para isso ocorrer é preciso derreter o sílico em sua forma padrão, com diversos cristais, até que se torne apenas um. Ao fim do processo, o material derretido se cristaliza unicamente e então e será fatiado para compor as placas.
• Células de filme fino: Essas células surgiram nos anos 90 para substituir o modelo vigente da época. A ideia era reduzir o custo de produção das células de sílico, porém a qualidade inferior do material gerou alguns problemas, na prática. Então, devido à menor capacidade de produção de energia dessa célula, sua vida útil foi curta.
• Células de sílico amorfo: Para essas células serem feitas é preciso utilizar o silano gasoso, que ao ser aquecido por reatores de plasma se tornará sílico hidrogenado. A capacidade de produção de energia dessas placas tende a ser mais baixa e a exposição à luz pode causar degradação, tendendo a ser contraproducente.
• Células de terceira geração: Estes são os modelos mais recentes produzidos, utilizando tecnologias ainda em desenvolvimento. O mercado ainda não possui muito espaço para elas, porém no futuro a expectativa é de que sejam os principais modelos. Um bom exemplo desse tipo de célula é o mais novo modelo criado pelo MIT, com novas células que podem transformar qualquer superfície em uma fonte de energia, tal como podemos observar no vídeo a seguir:

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