Energia Solar Fotovoltaica: Como Funciona?

Você já viu painéis solares instalados no telhado das casas do seu bairro? Você sabe como eles funcionam para gerar eletricidade?

O que é Energia Solar Fotovoltaica?

A energia solar fotovoltaica é uma das fontes de energia renovável mais populares no mundo. É um processo de captação da energia do Sol pelas células solares, convertendo-a em eletricidade para a sua casa ou empresa através do efeito fotovoltaico.

Nosso Sol libera minúsculas partículas de energia chamadas fótons, que viajam cerca de 149,6 milhões de quilômetros do céu à Terra em aproximadamente 8,2 minutos. A cada hora, fótons suficientes são emitidos para, teoricamente, satisfazer toda a demanda global de eletricidade por um ano inteiro.

O Brasil é um dos países mais ensolarados do mundo e é o lugar perfeito para aproveitar os benefícios da energia Solar.

Neste artigo, falaremos tudo sobre como funciona o efeito fotovoltaico para gerar energia solar, desde as células fotovoltaicas e sua composição,  painéis solares, inversores, até como aumentar a eficiência dos painéis Solares.

Como Funcionam as Células Fotovoltaicas de Silício?

Uma única célula fotovoltaica normalmente produz entre 0,5 watts de potência. Essas células são feitas de diferentes materiais semicondutorese normalmente são mais finas que quatro fios de cabelo humano. As células fotovoltaicas são revestidas com material de proteção, que possui plástico e vidro para garantir que o produto seja durável por muitos anos.

As células solares de silício, através do efeito fotovoltaico, absorvem fótons e geram eletricidade fluente. Este processo varia dependendo do tipo de tecnologia solar, mas existem algumas etapas comuns a todas as células solares fotovoltaicas.

O Efeito Fotovoltaico Explicado Passo a Passo

Passo 1: A luz é absorvida pela célula fotovoltaica e libera elétrons.

Primeiro, a luz atinge uma célula fotovoltaica, onde os fótons são absorvidos pelo material semicondutor de que é feito (geralmente silício). Essa energia de luz recebida faz com que os elétrons no silício sejam liberados, que eventualmente se tornarão eletricidade solar que você pode usar em sua casa.

Passo 2: Os elétrons começam a fluir, criando uma corrente elétrica.

Existem duas camadas de silício nas células fotovoltaicas, e cada uma é especialmente tratada para criar um campo elétrico. Um lado da célula solar tem uma carga positiva e o outro lado tem uma carga negativa. Este campo elétrico faz com que os elétrons soltos fluam em uma direção através da célula solar, gerando uma corrente elétrica.

Passo 3: A corrente elétrica é capturada e combinada com outras células solares.

Uma vez que uma corrente elétrica é gerada por elétrons livres, placas de metal nas laterais de cada célula solar coletam esses elétrons e os transferem para os fios.

Neste ponto, os elétrons podem fluir como eletricidade através da fiação para um inversor solar, que então distribui a corrente por toda a casa.

O Que é um Painel Solar?

Várias células solares quando agrupadas formam um painel, placa, ou módulo solar e vários painéis conectados formam uma matriz solar. O principal trabalho dos painéis solares é gerar uma grande quantidade utilizável de corrente elétrica e tensão das células solares.

Quanto maior o número de painéis conectados, mais potente a matriz e maior a expectativa de produção de energia solar no local!

Do Que São Feitos os Painéis Solares?

Os painéis solares são compostos de semicondutores de silício que absorvem a luz solar e a convertem em eletricidade de corrente contínua (CC). Existem dois tipos principais de células solares usadas hoje: monocristalinas e policristalinas.

Embora existam outras maneiras de produzir células fotovoltaicas, por exemplo, células de filme fino, células orgânicas ou perovskitas, as células solares monocristalinas e policristalinas (feitas de silício) são de longe as opções residenciais e comerciais mais comuns.

O Que Faz um Inversor Solar?

O inversor solar capta a eletricidade contínua do painel solar e a usa para criar corrente elétrica alternada. Os inversores são como o cérebro do sistema. Além de inverter de CC para CA, eles também fornecem proteção contra falhas de aterramento e estatísticas do sistema, incluindo tensão e correntes do circuito CA e CC, saída de energia e rastreamento do ponto de potência máxima.

Os inversores centrais dominaram a indústria solar desde o início. A introdução de microinversores é uma das maiores mudanças na tecnologia fotovoltaica. Eles otimizam cada painel individualmente e não todo o sistema como fazem os inversores centrais. Isso permite que cada painel funcione em seu potencial máximo.

Quando se utiliza um inversor central, se houver algum problema em um painel, seja sombra ou sujeira, o desempenho de todo o equipamento solar pode ser prejudicado. Outra opção é considerar o uso de microinversores em cada painel, o que permitirá que os painéis funcionem de forma eficiente, mesmo que um dos painéis falhe.

Aumentando a Eficiência das Células Solares Fotovoltaicas

A eficiência de uma célula fotovoltaica é a quantidade de energia elétrica que sai da célula em comparação com a energia luminosa que incide sobre ela - esse número demonstra a eficácia da célula na conversão de energia. E, como mencionado, há uma variedade de fatores internos e externos às próprias células solares, como intensidade da luz e comprimento de onda, que afetam a quantidade de eletricidade que uma célula fotovoltaica pode produzir.

Um elemento importante dos semicondutores fotovoltaicos é a faixa de comprimentos de onda da luz que o material pode absorver e converter em energia. A luz é composta de fótons que vibram em uma variedade de comprimentos de onda, e comprimentos de onda que correspondem à faixa absorvível de um semicondutor solar (conhecido como bandgap) podem ser capturados por essa célula solar.

Uma estratégia para melhorar a eficiência das células fotovoltaicas no futuro é combinar vários semicondutores para fazer células solares multijunção. Cada camada de uma célula solar multijunção pode ter um bandgap diferente, o que significa que ela absorverá uma parte diferente do espectro solar, fazendo melhor uso da luz solar do que uma célula tradicional de junção única.

O que acontece se você não estiver em casa para usar a eletricidade que os painéis estão produzindo?

Um sistema fotovoltaico típico conectado à rede elétrica (On-Grid), nos horários de pico de produção, tende a gerar mais energia do que o necessário, de modo que o excedente produzido é devolvido ao fornecedor.

Além disso, os custos de equipamento e instalação On-Grid estão em constante queda e são tipicamente muito mais baixos do que os de um sistema de armazenamento com suporte de bateria (off-Grid). Isso significa que é muito mais fácil assumir o investimento inicial em um sistema solar se o mesmo estiver conectado à rede.

De onde vem a energia que sua casa utiliza fora do horário de geração de eletricidade pelos painéis?

O cliente On-Grid faz parte da geração distribuída e recebe créditos pelo excesso de energia gerada pelos painéis que foi devolvida à rede e usa esse crédito para compensar a energia consumida à noite ou em períodos nublados, quando as placas solares não estão produzindo.

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Ao instalar a energia solar, você opta por economizar, preservar o meio ambiente e migrar para uma energia limpa e renovável. A energia solar é o futuro. É a forma de energia mais abundante na Terra e pode ser usada para alimentar tudo, desde casas a carros.

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