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Painéis Fotovoltaicos – Como funcionam e Geram Electricidade

HISTÓRIA DAS CÉLULAS FOTOVOLTAICAS

Em 1839, antes 40 anos de Thomas Eddison ser creditado com a invenção da primeira lâmpada eléctrica viável, já certas substâncias tratadas tinham capacidade para gerar electricidade quando a luz caía sobre elas.

Porém, algo que poderia ser descrito como uma célula solar, não foi criado até ao final de 1800, usando selénio.

Só na década de 1950 é que foi descoberto que o silício funciona muito melhor e desta forma conseguiu-se criar células solares viáveis.

ENTÃO COMO FUNCIONA UMA CÉLULA SOLAR?

Num cristal de silício puro, os átomos formam uma rede. Estes átomos, como quaisquer outros, têm núcleos que incluem protões carregados positivos, enquanto ao redor do núcleo, estão electrões carregados negativamente em camadas ou invólucro. O invólucro externo dos electrões não está “cheio”, assim os átomos vizinhos partilham electrões e mantêm-se juntos uns com os outros no cristal. Estes electrões são mantidos firmemente no lugar e não se movem facilmente ao redor.

Contudo, o cristal de silício puro pode ser “dopado” com um elemento diferente, isto é, são adicionadas pequenas quantidades de uma “impureza”. Se o doping é feito com um elemento que tem mais electrões no seu invólucro externo do que o silício, haverá electrões carregados negativamente que estão livres para se movimentar, e isso é chamado de silício de tipo n. Este material irá conduzir a electricidade muito melhor do que o silício puro porque estes electrões sobresselentes estão mais livres para se moverem, e nós criamos um semicondutor.

O cristal não tem uma carga negativa global no entanto os electrões negativos ainda são equilibrados por protões positivos no núcleo.

Se em vez disso, o silício é dopado com um elemento com menos electrões no seu invólucro exterior, haverá uma escassez geral de electrões, e o material será um silício de tipo p. As áreas de minuto onde os electrões estão efectivamente perdendo são chamadas de buracos, e estes buracos também podem mover-se livremente.

Numa célula solar, haverá tanto o silício tipo n, como o silício tipo p em contacto uns com os outros. Os electrões mover-se-ão do tipo n para o tipo p em sua junção enquanto serão atraídos aos buracos próximos. Uma vez que isto aconteceu na junção, esta área actua como barreira, parando outros electrões que atravessam e um campo eléctrico existe através da junção.

Se a energia luminosa é absorvida pela célula, a energia irá empurrar os electrões através da junção e, se um circuito eléctrico for feito entre os dois tipos de silício, os electrões fluirão através dele, de volta para donde vieram, e continuam a fazê-lo.

Felizmente para nós, o fluxo de electrões (noutras palavras, a corrente eléctrica) pode fazer o trabalho no caminho de volta, ou seja, carregar as baterias.

Este tipo de célula pode ser 15-20% eficiente, em parte devido aos wafers de silício não absorverem toda a energia luminosa.

Um tipo mais sofisticado de célula, conhecida como uma célula de junção múltipla, pode ter mais pares de wafer acima ou abaixo, usando diferentes produtos químicos de doping, cada um capaz de absorver diferentes comprimentos de onda de luz.

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