Energia solar fotovoltaica

Solar fotovoltaico

Estima-se que nas latitudes da França, em torno de 45 °, a energia potencialmente utilizável pelo sol seja de 1500kwh / m² por ano.

Veja o mapa do sol francês eIrradiação solar DNI da França.

Com rendimentos atuais de cerca de 10 a 15%, passamos de 150 a 225kwh / m².an.


Painéis solares chamados "não integrados".

Princípio de funcionamento da energia fotovoltaica

Uma célula fotovoltaica é feita de materiais semicondutores. Eles são capazes de transformar a energia fornecida pelo sol em uma carga elétrica, portanto, em eletricidade, porque a luz do sol excita os elétrons desses materiais. A curva de absorção desses materiais começa desde comprimentos de onda curtos até um comprimento de onda limite de 1,1 micrômetro para silício.

O silício é o principal componente de uma célula fotovoltaica.

Física de uma célula fotoelétrica (retirada do site da CEA)


Diagrama de operação de uma célula fotoelétrica.

O silício foi escolhido para produzir células solares fotovoltaicas por suas propriedades eletrônicas, caracterizadas pela presença de quatro elétrons em sua camada periférica (coluna IV da tabela de Mendeleiev). No silício sólido, cada átomo está ligado a quatro vizinhos, e todos os elétrons da camada periférica participam das ligações. Se um átomo de silício é substituído por um átomo da coluna V (fósforo, por exemplo), um dos elétrons não participa das ligações; portanto, ele pode se mover pela rede. Há condução por um elétron, e o semicondutor é dopado no tipo n. Se, pelo contrário, um átomo de silício é substituído por um átomo da coluna III (boro, por exemplo), ele perde um elétron para realizar todas as conexões, e um elétron pode vir a preencher essa falta. Dizemos então que há condução através de um orifício, e o semicondutor é dopado do tipo p. Átomos como boro ou fósforo são dopantes de silício.

Leia também: Jean Luc Perrier: hidrogênio solar

Quando um semicondutor do tipo n é colocado em contato com um semicondutor do tipo p, o excesso de elétrons no material n difunde no material p. A área n dopada inicialmente fica carregada positivamente e a área dopada inicialmente fica carregada negativamente. Um campo elétrico é, portanto, criado entre as zonas n e p, o que tende a repelir os elétrons na zona n e um equilíbrio é estabelecido. Uma junção foi criada e, adicionando contatos metálicos nas áreas ne ep, é obtido um diodo.
Quando esse diodo está aceso, os fótons são absorvidos pelo material e cada fóton dá à luz um elétron e um buraco (falamos do par elétron-buraco). A junção do diodo separa os elétrons e os orifícios, originando uma diferença de potencial entre os contatos ne ep, e uma corrente flui se um resistor for colocado entre os contatos do diodo (figura).

Tecnologias disponíveis no mercado.

Leia também: Download: energias de pasta no Imaginem

Os módulos atuais diferem de acordo com o tipo de silício que usam:

  • silício monocristalino: os sensores fotovoltaicos são baseados em cristais de silício encapsulados em um envelope plástico.
  • silício policristalino: os sensores fotovoltaicos são baseados em policristalinos de silício, que são mais baratos de fabricar do que o silício monocristalino, mas que também têm um rendimento um pouco menor. Esses policristais são obtidos por fusão de sucata de silício de qualidade eletrônica.
  • silício amorfo: os painéis "espalhados" são feitos de silício amorfo com alto poder energizante e apresentados em tiras flexíveis, permitindo uma perfeita integração arquitetônica.

Construtores de células.

As cinco maiores empresas que fabricam células fotovoltaicas compartilham 60% do mercado mundial. São as empresas japonesas Sharp e Kyocera, as americanas BP Solar e Astropower e a alemã RWE Schott Solar. O Japão produz quase metade das células fotovoltaicas do mundo.

Aplicações de energia elétrica solar

Atualmente, as principais áreas de uso são residências isoladas, mas também para dispositivos científicos, como sismógrafos.

O primeiro domínio a ter usado essa energia é o domínio espacial. De fato, quase toda a energia elétrica dos satélites é fornecida por energia fotovoltaica (alguns satélites teriam pequenos motores stirling).

benefícios

  • Energia elétrica não poluente em uso e está alinhada com o princípio do desenvolvimento sustentável,
  • Fonte de energia renovável, porque inesgotável em escala humana,
  • Pode ser usado em países em desenvolvimento sem uma rede elétrica significativa ou em locais isolados, como nas montanhas, onde não é possível conectar-se à rede elétrica nacional.


Exemplo de fornecimento isolado de local, um sismógrafo alimentado por painel fotovoltaico do vulcão Soufriere em Guadalupe.

desvantagens

  • O custo fotovoltaico é alto porque provém de alta tecnologia,
  • o custo depende do pico de potência, o custo atual do pico de watt é de cerca de 3,5 € ou cerca de 550 € / m² de células solares,
  • o rendimento atual de células fotovoltaicas permanece bastante baixo (cerca de 10% para o público em geral) e, portanto, fornece apenas uma potência baixa,
  • mercado muito limitado, mas em desenvolvimento
  • a eletricidade é produzida apenas durante o dia, enquanto a maior demanda é feita à noite,
  • o armazenamento de eletricidade é algo muito difícil com as tecnologias atuais (custo econômico muito alto das baterias),
  • Vida útil: anos 20 a 25, após o silício "cristalizar" e tornar a célula inutilizável,
  • poluição durante a fabricação: alguns estudos afirmam que a energia usada para fabricar as células nunca é rentável durante os 20 anos de produção,
  • da mesma forma no final da vida: a reciclagem de células apresenta problemas ambientais.

mais:
- Balanço energético da energia solar fotovoltaica
- Mapa do campo solar francês
- Sistemas solares fotovoltaicos integrados ao edifício (documento CEA)

Deixe um comentário

Seu endereço de email não será publicado. Campos obrigatórios estão marcados com *