Efeito fotovoltaico:

Os módulos são compostos de células solares de silício. Elas são semicondutores de electricidade porque o silício é um material com características intermédias entre um condutor e um isolante.

 O silício apresenta-se normalmente como areia. Através de métodos adequados obtém-se o silício em forma pura. O cristal de silício puro não possui electrões livres e portanto é um mau condutor eléctrico. Para alterar isto acrescentam-se porcentagens de outros elementos. Este processo denomina-se dopagem. Mediante a dopagem do silício com o fósforo obtém-se um material com electrões livres ou material com portadores de carga negativa (silício tipo N). Realizando o mesmo processo, mas acrescentando Boro ao invés de fósforo, obtêm-se um material com características inversas, ou seja, défice de electrões ou material com cargas positivas livres (silício tipo P).

Cada célula solar compõe-se de uma camada fina de material tipo N e outra com maior espessura de material tipo P (ver Figura 2).

Separadamente, ambas as capas são electricamente neutras. Mas ao serem unidas, exactamente na união P-N, gera-se um campo eléctrico devido aos electrões do silício tipo N que ocupam os vazios da estrutura do silício tipo P.

Figura 2

Ao incidir a luz sobre a célula fotovoltaica, os fotões que a integram chocam-se com os electrões da estrutura do silício dando-lhes energia e transformando-os em condutores. Devido ao campo eléctrico gerado na união P-N, os electrões são orientados e fluem da camada "P" para a camada "N".

Por meio de um condutor externo, liga-se a camada negativa à positiva. Gera-se assim um fluxo de electrões (corrente eléctrica) na conexão. Enquanto a luz continua a incidir na célula, o fluxo de electrões manter-se-á. A intensidade da corrente gerada variará proporcionalmente conforme a intensidade da luz incidente.

Cada módulo fotovoltaico é formado por uma determinada quantidade de células conectadas em série. Como se viu anteriormente, ao unir-se a camada negativa de uma célula com a positiva da seguinte, os electrões fluem através dos condutores de uma célula para a outra. Este fluxo repete-se até chegar à última célula do módulo, da qual fluem para o acumulador ou a bateria. Cada electrão que abandona o módulo é substituído por outro que regressa do acumulador ou da bateria. O cabo da interconexão entre módulo e bateria contem o fluxo, de modo que quando um electrão abandona a última célula do módulo e encaminha-se para a bateria outro electrão entra na primeira célula a partir da bateria. É por isso que se considera inesgotável um dispositivo fotovoltaico. Produz energia eléctrica em resposta à energia luminosa que entra no mesmo.

Deve-se esclarecer que uma célula fotovoltaica não pode armazenar energia eléctrica.

Tipos de células:
Existem três tipos de células, conforme o método de fabricação.

• Silício monocristalino: Estas células obtêm-se a partir de barras cilíndricas de silício monocristalino produzidas em fornos especiais. As células são obtidas por corte das barras em forma de pastilhas quadradas finas (0,4-0,5 mm de espessura). A sua eficiência na conversão de luz solar em electricidade é superior a 12%.
• Silício policristinalino: Estas células são produzidas a partir de blocos de silício obtidos por fusão de bocados de silício puro em moldes especiais. Uma vez nos moldes, o silício arrefece lentamente e solidifica-se. Neste processo, os átomos não se organizam num único cristal. Forma-se uma estrutura policristalina com superfícies de separação entre os cristais. Sua eficiência na conversão de luz solar em electricidade é ligeiramente menor do que nas de silício monocristalino.
• Silício amorfo: Estas células são obtidas por meio da deposição de camadas muito finas de silício sobre superfícies de vidro ou metal. Sua eficiência na conversão de luz solar em electricidade varia entre 5% e 7%.

Fabricação dos módulos fotovoltaicos:

O módulo fotovoltaico é composto por células individuais conectadas em série. Este tipo de conexão permite adicionar tensões. A tensão nominal do módulo será igual ao produto do número de células que o compõem pela tensão de cada célula (aprox. 0,5 volts). Geralmente produzem-se módulos formados por 30, 32, 33 e 36 células em série, conforme a aplicação requerida.

Procura-se dar ao módulo rigidez na sua estrutura, isolamento eléctrico e resistência aos factores climáticos. Por isso, as células conectadas em série são encapsuladas num plástico elástico (Etilvinilacelato) que faz também o papel de isolante eléctrico, um vidro temperado com baixo conteúdo de ferro, na face voltada para o sol, e uma lamina plástica multicamada (Poliéster) na face posterior. Em alguns casos o vidro é substituído por uma lamina de material plástico transparente.

O módulo tem uma moldura composta de alumínio ou poliuretano e caixas de conexões às quais chegam os terminais positivo e negativoda série de células. Nos bornes das caixas ligam-se os cabos que ligam por sua vez módulo ao sistema.

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