Energia Solar Fotovoltaica: origem, conceitos, modelos, avanços tecnológicos e atualidades

Imagem: Divulgação | Por Simone Horvatin, em contribuição a AMBIENTAL MERCANTIL

Os painéis solares têm sua origem nos designs fotovoltaicos desenvolvidos pelo físico francês Alexandre-Edmunde Becquerel em 1839. No entanto, foi somente em 1883 que o americano Charles Fritts produziu a primeira célula solar rudimentar 1. A energia solar, tal como a conhecemos hoje, teve um marco importante em 1954, quando Russell Shoemaker Ohl anunciou a criação da primeira célula fotovoltaica durante uma reunião da National Academy of Sciences. Foi a partir desse momento que se deu o início da utilização prática dos painéis solares, que se popularizaram a partir de 1958.

O que é energia solar fotovoltaica?

A energia solar é a energia que é gerada a partir da luz do sol. A energia solar pode ser convertida em energia elétrica por meio do uso de painéis solares fotovoltaicos ou em energia térmica por meio do uso de coletores solares térmicos. Os painéis solares fotovoltaicos convertem a luz solar diretamente em eletricidade por meio do efeito fotovoltaico, enquanto os coletores solares térmicos usam a luz solar para aquecer um fluido que pode ser usado para aquecer água ou ar.

A energia solar fotovoltaica é uma forma de energia renovável que converte a luz solar em eletricidade utilizando células fotovoltaicas. As células fotovoltaicas são feitas de materiais semicondutores, como o silício, que absorvem os fótons de luz solar e os transformam em corrente elétrica. Quando a luz solar incide sobre as células fotovoltaicas, ocorre o efeito fotovoltaico, gerando uma corrente contínua. Essa corrente pode ser usada diretamente para alimentar dispositivos elétricos ou ser convertida em corrente alternada por meio de um inversor para alimentar a rede elétrica ou carregar baterias. A energia solar fotovoltaica é uma fonte limpa e sustentável de eletricidade, livre de emissões de gases de efeito estufa e contribui para a redução da dependência de combustíveis fósseis.

Como os painéis solares fotovoltaicos funcionam?

Os painéis solares fotovoltaicos são compostos por células fotovoltaicas que convertem a luz solar em eletricidade. Cada célula fotovoltaica é feita de materiais semicondutores, geralmente silício, que possuem propriedades que permitem a geração de corrente elétrica quando expostos à luz solar.

Quando os raios solares atingem os painéis solares, fótons de luz são absorvidos pelo material semicondutor. Esse processo excita os elétrons presentes nos átomos do material, fazendo com que eles se libertem de suas órbitas e gerem um fluxo de elétrons em uma direção específica. Esse fluxo de elétrons é o que chamamos de corrente elétrica contínua.

Os painéis solares são conectados em série e em paralelo para formar um arranjo conhecido como “array” ou “campo solar”. A quantidade de energia elétrica produzida pelos painéis solares depende da intensidade da luz solar, do ângulo de incidência dos raios solares, da eficiência das células fotovoltaicas e da área total dos painéis.

A corrente elétrica gerada pelos painéis solares é tipicamente em corrente contínua (DC). No entanto, na maioria dos casos, a eletricidade utilizada em residências e empresas é em corrente alternada (AC). Para tornar a energia solar utilizável, um inversor é usado para converter a corrente contínua em corrente alternada, que pode ser usada para alimentar dispositivos elétricos ou ser enviada para a rede elétrica.

Os sistemas de painéis solares também podem ser conectados a baterias para armazenar o excesso de energia gerada durante o dia e utilizá-la durante a noite ou em momentos de baixa geração solar. Isso permite uma maior autonomia energética e a possibilidade de usar a energia solar mesmo quando o sol não está brilhando intensamente.

Em resumo, os painéis solares fotovoltaicos funcionam convertendo a luz solar em eletricidade por meio de células fotovoltaicas, permitindo o aproveitamento de uma fonte limpa e renovável de energia.

O que é um painel solar fotovoltaico?

Um painel solar fotovoltaico, também conhecido como módulo solar fotovoltaico, é um dispositivo que converte a luz solar em eletricidade por meio do efeito fotovoltaico. Ele é composto por várias células fotovoltaicas interconectadas e encapsuladas em um material protetor, geralmente vidro temperado, para formar uma estrutura plana.

Cada célula fotovoltaica é feita de materiais semicondutores, como o silício, que possuem propriedades elétricas especiais. Quando a luz solar incide sobre as células fotovoltaicas, os fótons de luz são absorvidos pelo material semicondutor, criando um fluxo de elétrons que gera uma corrente elétrica contínua.

Os painéis solares fotovoltaicos são projetados para capturar a maior quantidade possível de luz solar e convertê-la em eletricidade de forma eficiente. Eles são fabricados em diferentes tamanhos e potências, e podem ser instalados em telhados, fachadas de edifícios, estruturas montadas no solo ou em qualquer outra superfície exposta ao sol.

Esses painéis solares são parte fundamental dos sistemas de energia solar fotovoltaica, que podem ser utilizados em residências, empresas e instalações comerciais para gerar eletricidade limpa e renovável. Além disso, os painéis solares fotovoltaicos também podem ser integrados a sistemas de armazenamento de energia, como baterias, para garantir um fornecimento contínuo de eletricidade mesmo quando não há luz solar disponível.

Os painéis solares fotovoltaicos são uma tecnologia cada vez mais comum e acessível, permitindo que mais pessoas aproveitem os benefícios da energia solar, como a redução das contas de energia, a independência energética e a contribuição para a preservação do meio ambiente, ao evitar a emissão de gases de efeito estufa.

Qual é a diferença entre os painéis solares de silício policristalino e monocristalino?

Os painéis solares de silício policristalino e monocristalino são dois tipos comuns de painéis solares fotovoltaicos, e suas principais diferenças estão relacionadas ao processo de fabricação e eficiência.

Os painéis solares de silício policristalino são feitos a partir de silício fundido em moldes retangulares. Durante o resfriamento, o silício se solidifica em vários cristais menores, formando uma estrutura policristalina. Esses painéis têm uma aparência característica, com uma coloração azulada devido aos diferentes tamanhos de cristais. Os painéis de silício policristalino geralmente têm uma eficiência um pouco menor em comparação aos painéis de silício monocristalino.

Já os painéis solares de silício monocristalino são produzidos a partir de um único cristal contínuo de silício. O processo de fabricação envolve a extração de um cilindro sólido de silício monocristalino, que é então cortado em fatias finas, resultando em células fotovoltaicas individuais. Os painéis de silício monocristalino têm uma aparência uniforme, com uma coloração preta ou azul escura. Geralmente, eles possuem uma eficiência um pouco maior em comparação aos painéis de silício policristalino.

Em termos de desempenho, os painéis solares de silício monocristalino costumam ser mais eficientes na conversão da luz solar em eletricidade, o que significa que eles podem gerar mais eletricidade para uma determinada área de instalação em comparação aos painéis de silício policristalino. No entanto, essa diferença de eficiência não é tão significativa em condições normais de uso e pode variar dependendo do fabricante e das especificações técnicas dos painéis.

Em relação ao custo, os painéis de silício policristalino tendem a ser mais acessíveis, pois o processo de fabricação é mais simples e permite uma produção em maior escala. Por outro lado, os painéis de silício monocristalino costumam ter um preço um pouco mais alto devido ao processo de fabricação mais complexo e ao maior rendimento de energia.

Ao escolher entre painéis solares de silício policristalino e monocristalino, é importante considerar as necessidades específicas do projeto, o espaço disponível para a instalação e o orçamento disponível. Ambos os tipos são eficazes na geração de energia solar e contribuem para a redução das contas de energia e a sustentabilidade ambiental.

Os painéis solares monocristalinos e policristalinos são dois tipos comuns de painéis fotovoltaicos que convertem a energia solar em eletricidade. Ambos são feitos de silício, um material semicondutor, mas têm algumas diferenças em termos de eficiência, aparência e custo.

Há ainda os painéis de película fina e o OPV – células fotovoltaicas orgânicas, fabricadas pelo processo conhecido como Roll to Roll (com eficiência estimada de até 11%). Os painéis de película fina são feitos a partir de materiais como o silício amorfo, o telureto de cádmio e o disseleneto de cobre e índio (CIGS) e são menos eficientes que os outros dois tipos.

PAINÉIS SOLARES MONOCRISTALINOS		PAINÉIS SOLARES POLICRISTALINOS
Monocristalino significa “um único cristal” de silício, de alta pureza. Por ser mais puro é mais eficiente na conversão da energia solar em eletricidade		Policristalino significa “muitos cristais” de silício fundidos juntos.
Os painéis monocristalinos são feitos de um único cristal de silício, por isso são mais uniformes e escuros (preto ou azul escuro), consequentemente são mais eficientes em termos de conversão de energia solar em eletricidade do que os painéis solares policristalinos;		Os painéis policristalinos são feitos de múltiplos vários cristais de silício fundidos juntos, por isso são mais granulados e azulados na aparência. São também menos eficientes na conversão de energia solar em eletricidade que os painéis solares monocristalinos.
A eficiência na produção de eletricidade dos painéis solares monocristalinos pode chegar a até 22%. A eficiência pode ser medida em condições ideais de luz solar: os painéis monocristalinos têm uma maior eficiência, o que significa que podem produzir mais eletricidade em um espaço menor, em comparação com os painéis policristalinos. Para instalações pequenas, os painéis monocristalinos podem ser uma opção mais adequada, mesmo com um custo inicial mais alto, porque produz mais eletricidade.		Os painéis policristalinos têm uma eficiência ligeiramente inferior, variando de 15% a 20%.
Os painéis monocristalinos são conhecidos por sua aparência mais uniforme e escura, o que pode ser considerado esteticamente mais atraente para alguns geradores de sua própria energia.		A estética é uma consideração subjetiva, de gerador para gerador de sua própria energia. Os painéis policristalinos, que têm uma aparência mais granulada e azulada.
Os painéis solares monocristalinos são geralmente mais caros do que os painéis policristalinos devido ao processo de fabricação mais complexo que envolve a criação de um único cristal de silício.		São mais baratos que os painéis solares monocristalinos. Os painéis solares policristalinos são mais acessíveis e adequados para aplicações em que o espaço não é um fator crítico e a eficiência não é a principal prioridade.
Tem menor tolerância à sombra. Os painéis monocristalinos também têm uma vantagem em termos de desempenho em condições de baixa luz, como em dias nublados ou quando há sombreamento parcial nos painéis. Os painéis monocristalinos tendem a ter um desempenho melhor do que os painéis policristalinos nessas condições, produzindo mais eletricidade.		Tem maior tolerância à sombra.
São mais duráveis, maior vida útil.
O *preço médio de uma placa solar de silício monocristalino PERC (355 W a 440 W) é de US$ 0,264/Watt1.		O *preço médio de uma placa solar de silício policristalino (275 W a 335 W) é de US$ 0,235/Watt (fonte: Portal Solar)

* Os preços variam de acordo com tipo e potência, fabricante e empresa fornecedora autorizada. É importante considerar outros custos associados à instalação completa de um sistema solar.

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