Solar explicou fotovoltaica e eletricidade

Células fotovoltaicas convertem luz solar em eletricidade

Uma célula fotovoltaica (PV), comumente chamada de célula solar, é um dispositivo não mecânico que converte a luz solar diretamente em eletricidade. Algumas células fotovoltaicas podem converter luz artificial em eletricidade.

Fótons carregam energia solar

A luz solar é composta de fótons ou partículas de energia solar. Esses fótons contêm quantidades variáveis ​​de energia que correspondem aos diferentes comprimentos de onda do espectro solar.

Uma célula PV é feita de material semicondutor. Quando os fótons atingem uma célula PV, eles podem refletir fora da célula, passar através da célula ou ser absorvidos pelo material semicondutor. Apenas os fótons absorvidos fornecem energia para gerar eletricidade. Quando o material semicondutor absorve luz solar suficiente (energia solar), os elétrons são desalojados dos átomos do material. O tratamento especial da superfície do material durante a fabricação torna a superfície frontal da célula mais receptiva ao desalojado, ou livre, elétrons de modo que os elétrons migrem naturalmente para a superfície da célula.

O fluxo de eletricidade

O movimento dos elétrons, cada um carregando uma carga negativa, em direção à superfície frontal da célula cria um desequilíbrio de carga elétrica entre as superfícies frontal e posterior da célula. Esse desequilíbrio, por sua vez, cria um potencial de tensão como os terminais negativo e positivo de uma bateria. Os condutores elétricos da célula absorvem os elétrons. Quando os condutores são conectados em um circuito elétrico a uma carga externa, como uma bateria, a eletricidade flui no circuito.

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A eficiência dos sistemas fotovoltaicos varia de acordo com o tipo de tecnologia fotovoltaica

A eficiência com que as células fotovoltaicas convertem a luz do sol em eletricidade varia de acordo com o tipo de material semicondutor e a tecnologia da célula fotovoltaica. A eficiência dos módulos fotovoltaicos disponíveis comercialmente era em média inferior a 10% em meados da década de 1980, aumentou para cerca de 15% em 2015 e agora está se aproximando de 20% para módulos de última geração. Células FV experimentais e células FV para nichos de mercado, como satélites espaciais, alcançaram quase 50% de eficiência.

Como funcionam os sistemas fotovoltaicos

A célula fotovoltaica é o bloco básico de construção de um sistema fotovoltaico. As células individuais podem variar em tamanho de cerca de 0,5 polegadas a cerca de 4 polegadas de diâmetro. No entanto, uma célula produz apenas 1 ou 2 Watts, que é eletricidade suficiente apenas para pequenos usos, como para alimentar calculadoras ou relógios de pulso.

As células fotovoltaicas são conectadas eletricamente em um módulo ou painel fotovoltaico embalado à prova de intempéries. Os módulos fotovoltaicos variam em tamanho e na quantidade de eletricidade que podem produzir. A capacidade de geração de eletricidade do módulo FV aumenta com o número de células no módulo ou na área de superfície do módulo. Os módulos fotovoltaicos podem ser conectados em grupos para formar um painel fotovoltaico. Um painel fotovoltaico pode ser composto por dois ou centenas de módulos fotovoltaicos. O número de módulos fotovoltaicos conectados em um painel fotovoltaico determina a quantidade total de eletricidade que o painel pode gerar.

As células fotovoltaicas geram eletricidade em corrente contínua (DC). Essa eletricidade CC pode ser usada para carregar baterias que, por sua vez, alimentam dispositivos que usam eletricidade de corrente contínua. Quase toda a eletricidade é fornecida como corrente alternada (CA) nos sistemas de transmissão e distribuição de eletricidade. Dispositivos chamados inversores são usados ​​em módulos fotovoltaicos ou em matrizes para converter a eletricidade DC em eletricidade AC.

Células e módulos fotovoltaicos produzirão a maior quantidade de eletricidade quando estiverem diretamente voltados para o sol. Módulos fotovoltaicos e matrizes podem usar sistemas de rastreamento que movem os módulos para ficarem constantemente de frente para o sol, mas esses sistemas são caros. A maioria dos sistemas fotovoltaicos tem módulos em uma posição fixa com os módulos voltados diretamente para o sul (no hemisfério norte - diretamente para o norte no hemisfério sul) e em um ângulo que otimiza o desempenho físico e econômico do sistema.

As células solares fotovoltaicas são agrupadas em painéis (módulos), e os painéis podem ser agrupados em matrizes de diferentes tamanhos para produzir pequenas a grandes quantidades de eletricidade, como para alimentar bombas de água para o gado, fornecer eletricidade para casas ou para serviços públicos escala de geração de eletricidade.

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Fonte: Laboratório Nacional de Energia Renovável (com direitos autorais)

Aplicações de sistemas fotovoltaicos

Os menores sistemas fotovoltaicos potenciam calculadoras e relógios de pulso. Sistemas maiores podem fornecer eletricidade para bombear água, alimentar equipamentos de comunicação, fornecer eletricidade para uma única casa ou empresa, ou formar grandes matrizes que fornecem eletricidade a milhares de consumidores de eletricidade.

Algumas vantagens dos sistemas fotovoltaicos são

• Os sistemas fotovoltaicos podem fornecer eletricidade em locais onde não existam sistemas de distribuição de eletricidade (linhas de energia) e também podem fornecer eletricidade a uma rede de energia elétrica.
• Os arranjos fotovoltaicos podem ser instalados rapidamente e podem ter qualquer tamanho.
• Os efeitos ambientais dos sistemas fotovoltaicos localizados em edifícios são mínimos.

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Fonte: Laboratório Nacional de Energia Renovável (com direitos autorais)

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Fonte: Laboratório Nacional de Energia Renovável (com direitos autorais)

História da energia fotovoltaica

A primeira célula PV prática foi desenvolvida em 1954 por pesquisadores da Bell Telephone. A partir do final da década de 1950, as células fotovoltaicas foram usadas para fornecer energia aos satélites espaciais dos Estados Unidos. No final da década de 1970, os painéis fotovoltaicos forneciam eletricidade de forma remota, ou fora da rede, locais que não possuíam linhas de energia elétrica. Desde 2004, a maioria dos painéis fotovoltaicos instalados nos Estados Unidos estão em conectado à rede sistemas em casas, edifícios e instalações de energia da central. Avanços tecnológicos, custos mais baixos para sistemas fotovoltaicos e vários incentivos financeiros e políticas governamentais ajudaram a expandir muito o uso de PV desde meados da década de 1990. Centenas de milhares de sistemas fotovoltaicos conectados à rede estão agora instalados nos Estados Unidos.

A US Energy Information Administration (EIA) estima que a eletricidade gerada em usinas fotovoltaicas em escala de utilidade aumentou de 76 milhões de quilowatts (kWh) em 2008 para 69 bilhões (kWh) em 2019. As usinas de energia em escala de utilidade têm pelo menos 1.000 quilowatts (ou um megawatt) de capacidade de geração de eletricidade. A EIA estima que 33 bilhões de kWh foram gerados por sistemas fotovoltaicos de pequena escala conectados à rede em 2019, contra 11 bilhões de kWh em 2014. Sistemas fotovoltaicos de pequena escala são sistemas com menos de um megawatt de capacidade de geração de eletricidade. A maioria está localizada em edifícios e às vezes é chamada de telhado Sistemas fotovoltaicos.


Horário da postagem: 20 de julho a 2020