Célula fotovoltaica: o que é e como gera energia?

A energia solar tem se destacado como uma alternativa sustentável e renovável nos dias de hoje e a célula fotovoltaica tem um papel muito importante nesse cenário. Cada dia mais, governos, empresas e pessoas em geral têm percebido a importância de buscar soluções que contribuam para o progresso da sociedade, mas que causem menos impactos ao meio ambiente.

Mas, afinal, o que é uma célula fotovoltaica e como ela gera energia auxiliando nessa necessidade dos nossos dias? Neste artigo, você entenderá as principais informações sobre esse recurso, os tipos existentes e como tem sido usado para a captação eficiente da luz solar e sua transformação em eletricidade. Acompanhe!

Se você está atento ao que diz respeito às fontes alternativas de energia, provavelmente já ouviu falar sobre célula fotovoltaica. Mas você sabe qual é o conceito? Esse é um dispositivo semicondutor concebido para converter diretamente a luz solar em eletricidade por meio do fenômeno conhecido como efeito fotovoltaico.

Esse efeito foi observado pela primeira vez em 1839 por Alexandre Edmond Becquerel e tem sido muito importante para a geração de energia. Nesse contexto, são utilizadas as células que se baseiam na capacidade de certos materiais, geralmente feitos de silício cristalino, de gerar uma corrente elétrica quando expostos à luz solar.

Quando a luz solar incide sobre a célula fotovoltaica, fótons, que são partículas de luz, colidem com os átomos do material semicondutor. Esse impacto energético libera elétrons do material, criando assim uma corrente elétrica. A célula é composta por camadas específicas, como uma camada P (tipo positivo) e uma camada N (tipo negativo), que desempenham papel indispensável na geração e na condução dos elétrons.

Além de toda a engenharia por trás da fabricação das células fotovoltaicas, a eficácia desse processo também é influenciada por características como a pureza do silício utilizado. Uma vez gerada, a eletricidade pode ser utilizada imediatamente ou armazenada para uso posterior, proporcionando uma fonte limpa e sustentável de energia elétrica.

Quando falamos sobre essa importante tecnologia, é necessário compreender que ela pode ser projetada com diferentes tipos de materiais, fazendo com que sejam mais apropriadas para determinada aplicação. Existem diversos tipos de células fotovoltaicas, mas duas categorias se destacam: as células solares de silício cristalino e as células solares de filme fino. Conheça mais sobre as características de cada uma delas.

Esse é o tipo de tecnologia fotovoltaica mais conhecido e utilizado no mercado atual. Essas células são construídas a partir de uma estrutura cristalina de silício de alta pureza, o que lhes confere muita eficiência na conversão da luz solar em eletricidade.

A produção dessas células envolve a criação de lingotes de silício, posteriormente fatiados em finas lâminas, conhecidas como wafers. Cada wafer é então tratado para criar camadas P e N, essenciais para o processo fotovoltaico.

A absorção da luz solar pelas células de silício cristalino gera o movimento de elétrons entre as camadas P e N, ocasionando, assim, uma corrente elétrica. As células solares de silício cristalino apresentam alta eficiência, longa durabilidade e, por isso, tradicionalmente estão presentes em muitos projetos de implementação de sistemas fotovoltaicos residenciais e comerciais.

Por outro lado, as células solares de filme fino são uma abordagem mais inovadora e, até mesmo, mais flexível. Essas células são fabricadas depositando camadas finas de materiais semicondutores diretamente sobre substratos, como vidro ou plástico. As tecnologias mais comuns nesse tipo de material incluem Telureto de Cádmio (CdTe), Cobre-Índio-Gálio-Seleneto (CIGS) e Silício Amorfo (a-Si).                                   

O ponto de destaque dessa opção é a sua flexibilidade, permitindo que essas células sejam aplicadas em superfícies curvas e até mesmo em materiais flexíveis, o que aumenta as possibilidades de integração em diferentes contextos arquitetônicos. Apesar de uma eficiência geralmente menor em comparação com as células de silício cristalino — por ter menor camada de material semicondutor —, as células de filme fino são vantajosas em termos de custo de produção e adaptabilidade a ambientes diversos.

Considerando os tipos apresentados de células solares fotovoltaicas e toda a tecnologia envolvida, podemos observar a constante evolução no campo da energia solar, oferecendo opções adaptáveis às diferentes necessidades e condições de implementação. Porém, as soluções não param por aí.

Além das amplamente adotadas células solares de silício cristalino e células solares de filme fino, muitas outras tecnologias de células fotovoltaicas também se destacam por sua presença significativa no mercado.

As células fotovoltaicas PERC, por exemplo, são fabricadas com camadas de silício cristalino mais finas, sendo ainda mais econômicas. Elas recebem uma camada extra de passivação, o que é muito importante para garantir eficiência mesmo com sua pequena espessura.

Outra tecnologia que vem ganhando espaço é a célula solar de perovskita, que consiste em um mineral de óxido de cálcio e titânio. Esse tipo de material tem se destacado por sua excelente condutividade, o que aumenta a eficiência dos dispositivos. Além disso, seu baixo custo de produção também tem chamado a atenção. No entanto, ainda há desafios a serem enfrentados, como sua baixa durabilidade e pouca estabilidade em determinados ambientes.

Para compreender a forma como essa tecnologia funciona, é importante entender cada uma das etapas. Todo esse processo inicia-se com a exposição da célula à luz solar e gera a conversão direta dessa energia abundante em eletricidade. A seguir, apresentamos cada uma das etapas tão importantes que estão por trás dessa fonte de energia renovável.

O primeiro estágio do funcionamento de uma célula solar fotovoltaica é a absorção da luz solar. Composta principalmente por materiais semicondutores, como o silício, a célula é projetada para capturar fótons provenientes da luz solar. Quando esses fótons atingem o material semicondutor, transferem sua energia para os elétrons nos átomos do material, excitando-os e iniciando o processo de conversão de energia solar em elétrica.

A energia absorvida pelos elétrons promove-os para níveis de energia mais elevados, resultando na formação de pares elétron-buraco. Esse fenômeno cria uma separação de cargas, uma condição essencial para a geração de uma corrente elétrica. Esses elétrons agora "livres" são direcionados para a próxima etapa do processo.

A célula fotovoltaica possui duas camadas distintas: a camada P (tipo positivo) e a camada N (tipo negativo). Os elétrons, carregados negativamente, movem-se da camada N para a camada P, enquanto os buracos (falta de elétrons) movem-se na direção oposta. Esse movimento de cargas elétricas cria uma corrente elétrica contínua dentro da célula.

A corrente elétrica gerada é então conduzida para um circuito externo, onde pode ser utilizada para alimentar dispositivos elétricos ou carregar baterias. Este estágio é essencial, pois é aqui que a energia solar capturada se transforma em eletricidade prontamente utilizável.

Em sistemas mais elaborados, a corrente contínua (CC) gerada pela célula fotovoltaica é convertida em corrente alternada (CA) por meio de inversores. Essa conversão é necessária, pois a maioria dos dispositivos elétricos e a infraestrutura elétrica convencional operam em corrente alternada.

Adicionalmente, a integração de sistemas de armazenamento de energia, como baterias, permite que o excesso de eletricidade gerada durante os períodos de máxima exposição solar seja armazenado para uso posterior, garantindo uma fonte constante de energia. Este estágio contribui para maximizar a eficiência e a utilidade da energia solar capturada pela célula fotovoltaica.

A célula fotovoltaica tem um papel de destaque na transformação do potencial solar em uma fonte de energia limpa e sustentável. Por isso, se você está em busca de alternativas energéticas para sua empresa, é fundamental compreender como essas células funcionam e como podem contribuir para melhores resultados.

Desde a escolha do tipo de célula e sua fabricação até sua implementação e processo de funcionamento são importantes para que o sistema tenha o melhor desempenho e traga bons resultados para os negócios. Além disso, ao investir em conhecimento sobre energia fotovoltaica, contribuímos para a construção de um futuro mais verde e sustentável.

Sua empresa pode fazer parte dessa revolução energética também. Para entender mais sobre esses recursos, seus benefícios e como vêm sendo aplicados, confira, em nosso blog, o que é e como funciona a energia fotovoltaica.