Energia Fotovoltaica

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História

Em 1839, o físico francês Alexandre Edmond Becquerel, aos 19 anos, construiu a primeira célula fotovoltaica do mundo, no laboratório de seu pai.

Em 1873, Willoughby Smith publicou o artigo científico  “Efeito da Luz em selênio durante a passagem de uma corrente elétrica”, pela revista Nature.

Somente em 1883 as primeiras células fotovoltaicas foram construídas por Charles Fritts. Êle cobriu o selênio semicondutor com uma camada extremamente fina de ouro de modo a formar junções. O dispositivo apresentou cerca de 1% de eficiência.

Eficiência

Atualmente, a eficiência de conversão das células fotovoltaicas é da ordem de 16%, no entanto existem células fotovoltaicas com eficiências de até 28%, fabricadas de arseneto de gálio, mas o alto custo tem limitado a produção e uso dessas células solares somente na indústria aeroespacial. A intensidade da radiação solar (irradiância) na superfície terrestre chega a 1.000 watts por metro quadrado.

Impacto ambiental

Por não gerar qualquer tipo de resíduo, a célula fotovoltaica solar produz energia limpa, sendo alvo de estudos em diversos institutos de pesquisa ao redor do mundo.

Evolução das células e produção anual 

Produção anual de células fotovoltaicas

A primeira geração de células fotovoltaicas foi projetada com células de silício cristalino. As células consistiam de uma lâmina de silício na qual era formada uma junção PN díodo de junção, capaz de gerar energia elétrica utilizável a partir de fontes de luz com os comprimentos de onda da luz solar. A tecnologia da primeira geração de células domina a produção comercial, em mais de 80% do mercado mundial.

A segunda geração de células fotovoltaicas é baseada no uso de filmes finos de semicondutores. A vantagem do uso destes filmes está na redução dos custos e da quantidade de materiais necessárias para as produção. Atualmente há diferentes tecnologias e materiais semicondutores sob investigação e/ou em produção em série, como o silício amorfo, silício policristalino ou microcristalino, telureto de cádmio e célula solar CIGS. Técnicamente, a eficiência das células solares de filme fino é menor quando comparada com as células tradicionais de silício cristalino. Em compensação os custos de produção da célula de fulme funo é menor, acarretando menor custo de instalação por watt gerado. Outra vantagem é com relação ao peso final de instalação dos painéis. Em sendo mais leve,  possibilita melhores alternativas de disposição espacial e recorrer a outros tipos de materiais mais flexíveis, como os plásticos,  têxteis ou a integração direta nos edifícios. A terceira geração de células fotovoltaicas diferencia-se bastante das duas anteriores. Elas foram projetadas  para utilizar semicondutores que dependam da junção p-n, com intuito de separar partículas carregadas por fotogestão. Estes novos dispositivos incluem células fotoeletroquímicas e células de nanocristais.

TIPOS DE CÉLULAS

Atualmente as principais tecnologias de fabricação de células fotoelétricas são:

É a tecnologia mais empregada no mercado atualmente, com uma participação de 95% do mercado de células fotoelétricas. Atualmente apresenta um rendimento de 15 a 21% em suas células; painéis solares feitos de células de silício cristalino tem rendimento de 13 a 17%.

Participação de cerca de 3,7% do mercado de células fotoelétricas, tem rendimento de cerca de 7%.

Nome comercial para células de filme fino fabricadas com Cu(In,Ga)Se2. Participação de 0,2% do mercado de células fotoelétricas e rendimento de 13%. Atualmente sofre problemas com o abastecimento de índio para sua produção, visto que 75% de todo o consumo do material no mundo se dá na fabricação de monitores de tela plana, como LCDs e monitores de plasma.

Atualmente é a tecnologia mais eficiente empregada em células solares, com rendimento de 28%. Porém, seu custo de fabricação é extremamente alto, tornando-se proibitivo para produção comercial, sendo usado apenas em painéis solares de satélites artificiais.

Participação de 1,1% do mercado de células fotoelétricas, é uma tecnologia que emprega filmes finos de telureto de cádmio. Apresenta pouco apelo comercial devida à alta toxicidade do cádmio.