ENERGYSZ Energia Fotovoltaica em Itápolis SP

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• Células fotovoltaicas orgânicas,https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_solar_fotovoltaica

Painéis Solares Fotovoltaicos de 450W – 500W e Inversor Híbrido On Grid WiFi e Off Grid de 2.5 Kw 3 Kw 4 Kw 5 Kw 6 Kw 7 Kw 8 Kw 9 Kw 10 Kw em Itápolis SP

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A energia solar fotovoltaica é a energia obtida através da conversão direta da luz em eletricidade por meio do efeito fotovoltaico. A célula fotovoltaica, um dispositivo fabricado com material semicondutor, é a unidade fundamental desse processo de conversão.,

Este tipo de energia usa-se para alimentar uma grande variedade de aplicativos e aparelhos autónomos, para abastecer refúgios ou moradias isoladas da rede elétrica e para produzir eletricidade a grande escala através de redes de distribuição. Devido à crescente demanda de energias renováveis, a fabricação de células solares e instalações fotovoltaicas tem avançado consideravelmente nos últimos anos.

Entre os anos 2001 e 2015 produziu-se um crescimento exponencial da produção de energia fotovoltaica, dobrando-se aproximadamente a cada dois anos. A potência total fotovoltaica instalada no mundo (conectada à rede) ascendia a 16 GWp em 2008, 40 GWp em 2010, 100 GWp em 2012 e 140 GWp em 2013. No final de 2014, tinham-se instalado em todo mundo cerca de 180 GWp de potência fotovoltaica.

Graças a este crescimento, e a constante sofisticação e a economia de escala, o custo da energia solar fotovoltaica baixou gradualmente desde o inicio do seu desenvolvimento, aumentando a eficiência, e conseguindo que o seu custo médio de geração elétrica seja já competitivo com as fontes de energia convencionais num crescente número de regiões geográficas, atingindo a paridade de rede.

A energia solar fotovoltaica converteu-se na terceira fonte de energia renovável mais importante em termos de capacidade instalada a nível global, após as hidroelétricas e eólicas, e supõe já uma fracção significativa do mix elétrico na União Europeia, cobrindo em media os 3,5 % da procura de eletricidade e atingindo os 7 % nos períodos de maior produção.

Em alguns países, como a Alemanha, Itália ou Espanha, atinge máximos superiores a 10 %, do mesmo modo que no Japão^[12] ou em alguns estados soalheiros dos Estados Unidos, como a Califórnia.

A produção anual de energia elétrica gerada mediante esta fonte de energia a nível mundial equivalia em 2015 a cerca de 184 TWh, suficiente para abastecer as necessidades energéticas de milhões de lares e cobrindo aproximadamente um 1 % da demanda mundial de eletricidade.^[9]

História da Energia Solar Fotovoltaica

Ver artigo principal: Célula fotoelétrica

O termo “fotovoltaico” começou-se a usar no Reino Unido no ano 1849. Vem do grego φώς: phos, que significa “luz”, e de -voltaico, que vem do âmbito da eletricidade, em honra ao físico italiano Alessandro Volta.

O efeito fotovoltaico foi reconhecido pela primeira vez uns dez anos antes, em 1839, pelo físico francês Alexandre Edmond Becquerel, mas a primeira célula solar não se fabricou até 1883.

Seu criador foi Charles Fritts, quem recobriu uma amostra de selênio semicondutor com pó de ouro para formar a união. Este dispositivo primitivo apresentava uma eficiência menor do 1 %, mas demonstrou de forma prática que, efectivamente, produzir eletricidade com luz era possível.

Os estudos realizados no século XIX por Michael Faraday, James Clerk Maxwell, Nikola Tesla e Heinrich Hertz sobre indução eletromagnética, forças elétricas e ondas eletromagnéticas, e sobretudo os de Albert Einstein em 1905, proporcionaram a base teórica ao efeito fotoelétrico, que é o fundamento da conversão de energia solar para eletricidade.

Princípio de funcionamento

Ver artigo principal: Célula fotoelétrica

Num semicondutor exposto à luz, um fotão de energia arranca um elétron, criando ao mesmo tempo uma lacuna ou buraco no átomo excitado. Normalmente, o elétron encontra rapidamente outra lacuna para voltar a enchê-lo, e a energia proporcionada pelo fotão, por tanto, dissipa-se em forma de calor.

O princípio de uma célula fotovoltaica é obrigar aos elétrons e as lacunas a avançar para o lado oposto do material em lugar de simplesmente recombinar-se nele: assim, produzir-se-á uma diferença de potencial e portanto tensão entre as duas partes do material, como ocorre numa pilha.

Para isso, cria-se um campo elétrico permanente, através de uma união pn, entre duas capas dopadas respectivamente, p e n. Nas células de silício, que são maioritariamente utilizadas, se encontram por tanto:

• A capa superior da célula, que se compõe de silício dopado de tipo n.^{[notas 3]} Nesta capa, há um número de elétrons livres maior que numa capa de silício puro, daí o nome do dopagem n, negativo. O material permanece eletricamente neutro, já que tanto os átomos de silício como os do material dopante são neutros: mas a rede cristalina tem globalmente uma maior presença de elétrons que numa rede de silício puro.

• A capa inferior da célula, que se compõe de silício dopado de tipo p.^{[notas 4]}Esta capa tem portanto uma quantidade média de elétrons livres menor que uma capa de silício puro. Os elétrons estão unidos à rede cristalina que, em consequência, é eletricamente neutra mas apresenta lacunas, positivas (p). A condução elétrica está assegurada por estes portadores de carga, que se deslocam por todo o material.

No momento da criação da união pn, os elétrons livres de capa n entram instantaneamente na capa p e se recombinam com as lacunas na região p. Existirá assim durante toda a vida da união, uma carga positiva na região n ao longo da união (porque faltam elétrons) e uma carga negativa na região em p ao longo da união (porque as lacunas têm desaparecido); o conjunto forma a «Zona de Carga de Espacial» (ZCE) e existe um campo elétrico entre as duas, de n para p.

Este campo elétrico faz da ZCE um diodo, que só permite o fluxo de corrente numa direção: os elétrons podem mover da região p à n, mas não na direção oposta e pelo contrário as lacunas não passam mais que de n para p.

Em funcionamento, quando um fotão arranca um elétron à matriz, criando um elétron livre e uma lacuna, sobre o efeito deste campo elétrico a cada um vai em direcção oposta: os elétrons acumulam-se na região n (para converter-se em polo negativo), enquanto as lacunas acumulam-se na região dopada p (que se converte no polo positivo). Este fenómeno é mais eficaz na zona de carga espacial, onde quase não há portadores de carga (elétrons ou lacunas), já que são anulados, ou na redondeza imediata à ZCE:

Quando um fotão cria um pare elétron-lacuna, separaram-se e é improvável que encontrem a seu oposto, mas se a criação tem lugar num lugar mais afastado da união, o elétron (convertido em lacuna) mantém uma grande oportunidade para recombinar-se antes de chegar à zona n. Mas a ZCE é necessariamente muito fina, de modo que não é útil dar uma grande espessura à célula.

Efectivamente, a espessura da capa n é muito pequena, já que esta capa só se precisa basicamente para criar a ZCE que faz funcionar a célula. Em mudança, a espessura de capa p é maior: depende de um compromisso entre a necessidade de minimizar as recombinações elétron-lacuna, e pelo contrário permitir a captação do maior número de fotões possível, para o que se requer verdadeira mínima espessura.

Em resumo, uma célula fotovoltaica é o equivalente de um gerador de energia à que se acrescentou um diodo. Para conseguir uma célula solar prática, também é preciso acrescentar contactos elétricos (que permitam extrair a energia gerada), uma capa que proteja a célula mas deixe passar a luz, uma capa antireflexo para garantir a correta absorção dos fotões, e outros elementos que aumentem a eficiência do mesmo.

Primeira célula solar moderna

O engenheiro estadounidense Russell Ohl patenteou a célula solar moderna no ano 1946, ainda que outros pesquisadores tenham avançado o seu desenvolvimento anteriormente: o físico sueco Sven Ason Berglund tinha patenteado em 1914 um método que tratava de incrementar a capacidade das células foto-sensíveis, enquanto em 1931, o engenheiro alemão Bruno Lange tinha desenvolvido uma foto-célula usando selênio de prata em lugar de óxido de cobre(I).^[23][24]

A era moderna da tecnologia solar não chegou até ao ano de 1954, quando os pesquisadores estadounidenses Gerald Pearson, Calvin S. Fuller e Daryl Chapin, dos Laboratórios Bell, descobriram de maneira acidental que os semicondutores de silício dopado com certas impurezas eram muito sensíveis à luz.^[25] Estes avanços contribuíram para a fabricação da primeira célula solar comercial.

Empregaram uma união difusa de silício p–n, com uma conversão da energia solar de aproximadamente 6 %, com potência de 5 mWp e área de 2cm², um aumento comparado com as células de selênio que dificilmente atingiam os 0,5 %.

Posteriormente o estadounidense Les Hoffman, presidente da companhia Hoffman Electronics, através da sua divisão de semicondutores foi um dos pioneiros na fabricação e produção a grande escala de células solares. Entre 1954 e 1960, Hoffman conseguiu melhorar a eficiência das células fotovoltaicas até aos 14 %, reduzindo os custos de fabricação para conseguir um produto que pudesse ser comercializado.^[28]

Primeiros aplicativos: energia solar espacial

Ver também: Satélite de energia solar

As naves espaciais operando no interior do sistema solar normalmente dependem do uso de painéis solares fotovoltaicos para converter a eletricidade da irradiação. Na parte exterior do sistema solar, onde a luz solar e demasiado fraca para produzir potência suficiente, e usado um gerador termoelétrico de radioisótopos (RTGs) para dar energia à fonte da nave.

A primeira nave espacial que usou painéis solares foi o satélite norte-americano Vanguard 1, lançado em março de 1958 (hoje em dia o satélite mais antigo ainda em órbita). No desenho deste usaram-se células solares criadas por Les Peter num esforço liderado pela empresa Hoffman Electronics.

O sistema fotovoltaico permitiu-lhe seguir transmitindo durante sete anos enquanto as baterias químicas esgotaram-se em apenas 20 dias.^[30] Isso foi em grande parte por causa da influência do Dr. Hans Ziegler, que pode ser considerado o pai da energia solar nas naves espaciais. Seguiram-se em 1959 o Explorer 6 e depois em 1962 o Telstar, que foi o primeiro satélite de comunicações equipado com células solares, capazes de proporcionar uma potência de 14 Wp.

Gradualmente, a indústria espacial opta pelo uso de células solares de arsenieto de gálio (GaAs), devido à sua maior eficiência frente às células de silício.

Na década de 1970 desenvolvem-se células solares mais eficientes para uso no espaço, a partir de 1971, as estações espaciais soviéticas do programa Salyut foram os primeiros complexos orbitais tripulados a obter a sua energia a partir de células solares, acopladas em estruturas nas laterais do módulo orbital, do mesmo modo que a estação norte-americana Skylab, poucos anos depois.

Foi nesta altura que também se iniciaram estudos do conceito de energia solar no espaço, que ambicionava o abastecimento energético terrestre mediante satélites espaciais, mas que enfrentou dificuldades técnicas e foi eliminada em 1981 por implicar um custo disparatado.

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