Célula fotovoltaica: Guia completo com tudo o que você precisa saber 

Célula fotovoltaíca é o quê? É um pedaço do sistema fotovoltaíca?

Em tempos, em que a energia elétrica tem ficado cada vez mais cara, conhecer o sistema e as possibilidades de economia é necessário.

Além, de cuidar do meio ambiente ser latente, devido às mudanças climáticas acentuadas e entender o que é uma célula fotovoltaica é fundamental. 

Mais do que isso, se você quer saber como preparar sua construção para receber energia solar compreender as etapas e como escolher faz parte deste processo.

As células solares estão cada vez mais populares em diversos tipos de residências e imóveis comerciais, escolares e hospitais.

Por isso, se você deseja saber mais sobre o papel das células fotovoltaicas, história, funcionamento, os seus tipos e sua eficiência, descubra aqui. Além de conhecer quais os tipos de células existem e mergulhar no guia completo sobre célula solar. Confira!  

O que é célula fotovoltaica? 

Primeiramente, vamos iniciar com a explicação sobre “o que são células fotovoltaicas?” .

As células fotovoltaicas ou células celulares, são dispositivos que compõe o sistema fotovoltaico. E exerce a função de receber a radiação que vem do sol e transformar em energia elétrica.  

Para que elas tenham tal capacidade, a produção delas requer o uso de material semicondutor, pois é ele o responsável por fazer a conversão da radiação em energia elétrica.  

A história da célula fotovoltaica 

O efeito fotovoltaico foi identificado por Edmond Becquerel, físico francês em 1839. A primeira célula foi construída por ele ainda no laboratório de seu pai.

Mas, a história da primeira célula fotovoltaica nos leva para o ano de 1883 quando a primeira célula fotovoltaica sólida foi construída por Charles Fritts

Para a construção, foi necessário que o semicondutor de selênio fosse revestido com ouro, em camada fina para que as junções fossem formadas. Contudo, a eficiência dessa célula fotovoltaica era bem baixa, somente 1%.  

Já em 1905, uma nova teoria quântica da luz foi proposta por Albert Einstein. Ela teve o objetivo de explicar o efeito fotoelétrico em uma das teses propostas. O documento recebeu em 1921 o Prêmio Nobel de Física.  

Após, todos esses avanços, o lançamento da a célula fotovoltaica ocorre no ano de 1954, em 25 de abril, pelo Laboratório Bell. 

 As células fotovoltaicas nas missões espaciais 

As células solares começaram a ser utilizadas como uma alternativa energética. Elas marcaram presença no satélite Vanguard no ano de 1958.  Como mostra o vídeo abaixo:

Um ano depois, com o lançamento do Explorer 6, os Estados Unidos também fizeram uso dos painéis com células fotoelétricas. Eles tinham o formato de asa e contavam com 9.600 células voltaicas.

Tal peculiaridade foi mantida em boa parte dos satélites e até hoje, esse tipo de energia é a mais usada no espaço.  

Já na década de 90, a tecnologia empregada no desenvolvimento da célula fotovoltaica que é usada no espaço foi aprimorada.

Sendo assim, o silício perdeu espaço e deu lugar para materiais semicondutores que tem a sua base formada por arsenieto de gálio.  

Atualmente, ela evoluiu um pouco mais e sua composição hoje conta com uma tecnologia mais moderna que é a multijunção.  

Apesar de não serem tão comuns, esse tipo de célula vem ganhando espaço e competindo com as demais que já existem no mercado.

A tendência é que elas marquem presença nas casas em um período de até 10 anos.  

Células solares fotovoltaicas evolução 

O efeito fotovoltaico começou a aparecer ainda em 1839 quando Edmond Becquerel fez uma observação das placas de prata ou de platina.

Ao serem mergulhadas em um eletrólito e depois de ficarem em exposição com a luz, elas apresentam um potencial diferentes, mas pequeno assim surgiu o termo efeito fotovoltaico.  

Quarenta e cinco anos depois, com o emprego de selênio, a primeira célula fotovoltaica foi criada, pois o fato de que o selênio tem fotocondutividade foi descoberto em 1873 por Smith e tinha somente 1% de eficiência.  

Com o avanço da ciência no começo do século XX, com a junção da mecânica quântica e mais as bandas de energia, física dos semicondutores e mais dos processos que envolvem os transmissores que são a purificação bem como a dopagem foi possível ter a primeira célula fotovoltaica, mas ainda assim ela tinha apenas 6% de eficiência.  

Foi somente em 1954 que a apresentação da primeira célula solar classificada como moderna foi apresentada.

Eficiência

A eficiência ficou em 6% e ela tinha somente dois centímetros quadrados e tinha a capacidade de gerar 5 mW de potência elétrica.

O tempo passou, a tecnologia começou a marcar pensar e há 19 anos, ou seja, em 2004, foi possível ter uma célula com a capacidade de aproximadamente 25%. Mais quatro anos se passaram e a eficiência aumentou.

Hoje está em 57% da capacidade que tinha sido instalada em Itaipu. Os países que mais geram energia são: 

  • Alemanha, 
  • Japão 
  • Estados Unidos.  

Papel da célula fotovoltaica no sistema fotovoltaico 

O papel da célula fotovoltaica dentro do sistema fotovoltaico consiste em ser o responsável por fazer a transformação da radiação solar que é captada e fazer a transformação em energia elétrica a partir do efeito fotovoltaico.  Saiba melhor sobre o efeito fotovoltaico no vídeo abaixo:

Integrante do sistema, a célula fotovoltaica tem o poder de fazer toda a absorção dos fótons de luz. Feito isso, cabe a ela emitir elétrons e fazer com que a corrente elétrica seja gerada.  

Com isso, é possível fazer uso dessa geração de energia em:  

  • Casas 
  • Empresas  
  • Sistemas que precisam de demanda de energia 

O painel solar fotovoltaico é formado a partir de diversas células fotovoltaicas.

Nele, um sistema faz com que elas tenham conexão em série de forma a fazer com que a tensão energética de saída seja elevada resultando no aumento da corrente elétrica e dando direção aos inversores do sistema e da bateria.  

 Como funciona uma célula fotovoltaica  

Imagine um sanduíche? Sim, é desta forma que quem deseja saber sobre células solares como funciona precisa pensar.

Isso porque, a célula fotovoltaica, conta com duas fatias de materiais que fazem a condução. Normalmente, é o silício.  

No processo de fabricação, esse material recebe uma carga positiva e uma negativa.

Tal procedimento faz-se necessário, porque a ação resulta em um campo elétrico que é o responsável por ser a base que faz o funcionamento de toda a célula fotovoltaica.  

A parte debaixo ou inferior, terá a presença de um elemento chamado boro com carga positiva que recebe o nome “tipo P”.

Por sua vez, a parte de cima vai contar com o fósforo, ele é o responsável por fazer a geração da carga negativa que recebe o nome de N.  

Como são diferentes, eles acabam se atraindo e geram a eletricidade nas duas partes, pois ambas contam com silício.

A presença dos circuitos metálicos vai fazer com que uma célula estabeleça conexão com a outra e isso resulta na captação dos elétrons. 

Depois desta etapa, ocorre a transferência para os cabos que fazem a condução. Assim, a corrente vai fluir da mesma forma que as demais fontes energéticas próprias para consumo.  

Confira o vídeo abaixo que ilustra esse processo:

Quais são os tipos de células fotovoltaicas? 

Os tipos de célula fotovoltaica variam conforme o material que é empregado em seu processo de fabricação.

Então, confira abaixo quais os tipos de células que existem. Independentemente das variações, o mais importante é ter em mente que o seu emprego vai resultar em energia solar limpa.  

Células monocristalinas  

Deste componente energético, às células monocristalinas aparecem como a primeira geração. Elas apresentam um rendimento alto, que varia de 16% a 23% de acordo com os testes que foram feitos em laboratório.  

Confira o vídeo abaixo explicando o tipo de célula monocristalina.

Apesar disso, o seu processo produtivo é classificado como custoso e complexo, porque é preciso fazer uso de materiais que estejam em estado puro. Isso é necessário a fim de que seja formada uma estrutura cristalizada. A durabilidade chega a 25 anos.  

A placa solar monocristalina apresenta maior durabilidade diante de climas que são secos e secos. 

Célula de silício policristalino 

Ela é uma célula considerada mais acessível que a anterior, porque sua produção não requer um procedimento marcado pelo rigor.

No entanto, a sua eficiência não é tão alta como as células monocristalinas. 

Sua fabricação é feita a partir do depósito de filme em seu substrato que pode ser feito por imersão ou a vapor.

A grande diferença está na presença da policristalina dona de uma aparência em formato retangular, já a monocristalina é o chanfrado nas extremidades. A sua durabilidade também é de 25 anos.  

 Célula de silício amorfo 

Esta célula de silício amorfo é simbolo de ter um desalinhamento grande na parte estrutural dos átomos. Tal característica, faz com que ela apresente uma leve instabilidade quando empregado nos sistemas de energia solar.  

Por outro lado, é bem vantajosa não só no processo de fabricação como nas propriedades elétricas que a fotocélula detém. Isso porque, tem poder de captar a luz solar com maior facilidade.

Com isso, quem busca uma fonte confiável de energia limpa e sustentável pode optar por ela.  

Mas, assim como tudo na vida, há prós e contras. Confira 

  • A conversão energética é pouco eficiência se comparado às células monocristalinas e policristalinas 
  • Já nos primeiros meses de uso, sua degradação é acentuada e com isso, sua eficiência cai de forma considerável.  
  • Em propriedades ou empresas, a célula de silício amorfo não é a melhor opção. 

Célula de silício cristalino 

A célula de silício cristalino domina quando o assunto são as células fotovoltaicas. Isso acontece, porque o silício cristalino é o material semicondutor que domina quando falamos em tecnologia fotovoltaica voltada à produção de células que sejam capazes de reter energia do sol.

Contudo, para que essa célula entregue o que se espera dela, o silício cristalino é submetido a um grau de purificação química elevada.

É comum encontrar quem chame esse material de células solares convencionais, de primeira geração ou, ainda, tradicionais, pois elas foram desenvolvidas lá em 1950 sendo a mais comum até hoje.

Célula fotovoltaica de filme fino 

Essa célula é mais uma opção para quem está querendo saber mais sobre quais os tipos de células que existem.

O material foi criado na década de 90, pois o objetivo era oferecer uma opção economicamente mais viável frente aos painéis fabricados em silício cristalino.

Esse tipo de célula conta com diferentes materiais que fazem a condução, mas mesmo tendo um preço mais acessível, nenhum deles tem o mesmo poder de eficiência que a célula fotovoltaica de silício apresenta.

Para a confecção dos painéis, o material na base pode ser:

  • Metal
  • Plástico
  • Vidro

Mais do que saber quais são os materiais usados, é importante entender o que é eficiência do painel solar.

Independentemente da escolha, os elementos químicos que quando entram em contato com os fótons de luz vão fazer efeito fotovoltaico. Ou seja, transformar a luz do sol que o sistema capta e transforma em energia elétrica.

Célula de silício cristalino X Célula fotovoltaica de filme fino – Qual a melhor opção?

Célula fotovoltaica de heterojunção 

Essa opção surgiu há cerca de 13 anos a partir do emprego da técnica da heterojunção que visa produzir módulos que contem com 60 células e atinjam uma potência que chegue a quase 310 W.

Em comparação com a tecnologia mais usada que é a que faz uso do silício, ela é superior, pois os módulos de silício não superam os 270 W.

Com isso, é possível assegurar que com a heterojunção os módulos apresentem um ganho de 15%.  

 

A eficiência da célula fotovoltaica- Quanto gera uma célula fotovoltaica? 

 Mais do que saber quais são os tipos de células, é fundamental ter acesso a eficiência que esse tipo de item entrega.

Sendo assim, é possível afirmar que a média fica na casa dos 16% quando o assunto são as células fotovoltaicas.

Se o tipo escolhido ficar abaixo de 15%, é fundamental reavaliar, pois isso indica que a capacidade de transformação da energia solar em energia elétrica é baixa.

Contudo, esse é um assunto que está ligado a diversas polêmicas e isso ficou ainda mais evidente após o início da importação dos produtos que vem da China.

Assim, quem deseja apostar na célula fotovoltaica deve considerar a capacidade que a célula apresenta quando o assunto é a produção de energia elétrica. Isso porque, caberá a ela ser capaz de entregar todos os benefícios ao local onde foi instalado.

Comparação entre as eficiências dos diferentes tipos de célula fotovoltaica 

A pessoa precisa ter em mente que a eficiência do uso da célula fotovoltaica varia e muito. É possível encontrar no mercado entre 9,5% a 21,1% até 84%.

Contudo, os que foram etiquetados pelo INMETRO costumam apresentar uma eficiência que fica próxima aos 16%.

O preço da célula fotovoltaica 

Existem alguns fatores que impactam diretamente no preço de um sistema de energia fotovoltaica. Entre eles está o tamanho e o quão complexa é a instalação do equipamento.

Além disso, para que o cálculo seja efetuado, é preciso ainda considerar:

  • Preço do dólar
  • Eficiência do equipamento
  • Material usado na fabricação

Apesar disso, se for feito uma comparação com anos anteriores, o valor do kit energia solar residencial vem diminuindo consideravelmente não só pela expansão do produto como ainda pela necessidade na busca de uma energia que seja renovável.

Curiosidades sobre a célula fotovoltaica 

Quem deseja saber algumas curiosidades sobre a célula fotovoltaica antes mesmo de proceder com a instalação precisará pensar a respeito do percentual de energia solar que ela é capaz de transformar a partir do momento que ela está em contato com o painel fotovoltaico.

O que define a eficiência do painel solar?

A eficiência da célula fotovoltaica varia de acordo com a capacidade de transformar luz solar em energia elétrica. E para ter maior eficiência é importante conhecer todas as opções de painéis fotovoltaicos e quais oferecem maior eficiência.

Tamanho é proporcional a eficiência do painel solar?

Referente ao tamanho do o painel, a eficiência é inversamente proporcional.

Existem painéis menores e com mais tecnologia e que tem maior produção de energia. E outros tem produção da mesma quantidade de energia. O que altera são os materiais que compõe a placa.

Você sabe se a quantidade de watts no painel de energia solar é igual os watts de energia elétrica?

Caso o painel alcance 1000 watts pela luz solar, e aprese eficiência de 16,5%, não quer dizer que sua produção será de 165 watts por hora e por metro quadrado.

Isso porque é preciso considerar outras questões que envolvem tanto a direção e o posicionamento do painel como a temperatura.

Quer saber ainda mais curiosidades? Confira 7 curiosidades sobre energia solar que poucos conhecem.

Impacto ambiental da célula fotovoltaica 

A célula fotovoltaica tem o objetivo de ser ecologicamente correta, pois ela capta a luz do sol que é uma fonte renovável para transformar a energia solar em elétrica. Útil em nossas casas, mas a sua fabricação é ecologicamente correta? Saiba abaixo! 

 Para fabricação da célula fotoelétrica, ela conta com o emprego de diferentes produtos químicos e, ainda, gases.

Apesar disso, a sua produção é submetida a um controle extremamente rigoroso e mensurável.

Pois, a ação é executada em um ambiente marcado pelo controle e isso resulta no tratamento de todos os resíduos.  

Com isso, é possível afirmar que até mesmo a produção desse tipo de energia é ecologicamente correta, porque o tratamento faz com que o impacto ambiental seja praticamente nulo.  

Célula fotovoltaica mais eficiente do mundo 

 Em dezembro de 2022, o Instituto de Pesquisa Helmholtz (HZB) foi capaz de estabelecer um novo recorde que diz respeito à capacidade que uma célula solar tem de transformar energia solar em energia elétrica. 

Também chamada de célula solar, ela é apta a converter 32,5% da radiação do sol. E no processo se converte em energia elétrica e o principal, é que é completamente limpa. 

Se você deseja conhecer mais sobre Energia solar – tecnologia limpa e inovadora leia este artigo completo.

Os perigos da célula fotovoltaica caseira 

Mais do que entender como funcionam as células de um painel solar, é fundamental ainda saber quais são os perigos de optar pela célula fotovoltaica caseira.  

No ímpeto de economizar, alguns tomam essa decisão, porém isso é perigoso, porque sem o processo industrial rígido, elas tendem a:  

  • Não ter os padrões de qualidade adequados 
  • Não são seguras 
  • Curto-circuito pode acontecer 
  • Um incêndio em sua casa pode acontecer.  

Conclusão

Portanto, como a célula fotovoltaica é o “coração” do painel solar, é preciso que a produção e instalação da mesma seja submetida a todas as etapas necessárias para a sua melhor performance. E o processo seja confiável em uma empresa como a Provenner. 

Além disso, contar com uma equipe especializada a fim de fazer com que a execução do painel solar seja executada com qualidade e eficiência.

Neste amplo material esperamos ter tirado as principais dúvidas que você tenha a respeito da célula fotovoltaica. E se agora seu desejo é instalar com uma empresa de confiança, acesse agora:

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