Célula solar

Uma célula solar, feita de silício policristalino

Célula solar

Células fotovoltaicas são dispositivos capazes de transformar a energia luminosa, proveniente do Sol ou de outra fonte de luz, em energia elétrica. Uma célula fotovoltaica pode funcionar como geradora de energia elétrica a partir da luz, ou como um sensor capaz de medir a intensidade luminosa.

As células fotovoltaicas são chamadas também de "células solares", por aproveitarem principalmente a luz solar para gerar energia elétrica. Atualmente, as células fotovoltaicas apresentam eficiência de conversão da ordem de 16%. Existem células fotovoltaicas com eficiências de até 28%, fabricadas de arsenieto de gálio, mas o seu alto custo limita a produção dessas células solares para o uso da indústria espacial.

Por não gerar nenhum tipo de resíduo, a célula fotovoltaica solar é considerada uma forma de produção de energia limpa, sendo alvo de estudos em diversos institutos de pesquisa ao redor do mundo. A intensidade da radiação solar (irradiância) na superfície terrestre chega até 1.000 watts por metro quadrado, o que representa um enorme potencial energético.

A primeira geração de células fotovoltaicas é constituída pelas células de silício cristalino. As células consistem de uma lâmina de silício na qual é formada uma junção p-n díodo de junção, capaz de gerar energia elétrica utilizável a partir de fontes de luz com os comprimentos de onda da luz solar. A primeira geração de células constitui a tecnologia dominante em termos de produção comercial, representando mais de 80% do mercado mundial.

A segunda geração de materiais fotovoltaicos está baseada no uso de filmes finos de semi-condutores. A vantagem de utilizar estes filmes é a de reduzir a quantidade de materiais necessárias para as produzir, bem como de custos. Atualmente (2006), existem diferentes tecnologias e materiais semicondutores em investigação ou em produção de massa, como o silício amorfo, silício policristalino ou microcristalino, telureto de cádmio e Cobre-Índio-Gálio-Selênio ("CIGS"). Tipicamente, as eficiências das células solares de filme fino são baixas quando comparadas com as células tradicionais de silício cristalino, mas os custos de manufatura são também mais baixos, pelo que se pode atingir um preço de instalação mais reduzido por watt. Outra vantagem da reduzida massa é o menor suporte necessário quando se colocam os painéis nos telhados e permite arrumá-los e dispô-los em materiais flexíveis, como os têxteis, plásticos ou integração direta nos edifícios.

A terceira geração fotovoltaica é muito diferente das duas anteriores, definida por utilizar semicondutores quer dependam da junção p-n para separar partículas carregadas por fotogestão. Estes novos dispositivos incluem células fotoeletroquímicas e células de nanocristais.

Painel solar.

O efeito fotovoltaico foi descoberto pela primeira vez em 1839 por Edmond Becquerel. Entretanto, só após 1883 que as primeiras células fotoelétricas foram construídas, por Charles Fritts, que cobriu o selênio semicondutor com uma camada extremamente fina de ouro de modo a formar junções.

Ao conjunto de células fotoelétricas chama-se Placa Fotovoltaica cujo uso hoje é bastante comum em lugares afastados da rede elétrica convencional. Existem placas de várias potências e tensões diferentes para os mais diversos usos. Em residências rurais algumas empresas concessionárias de distribuição usam placas de 75 W de pico e 12 V para guardar energia em baterias de 100 Ah. Este sistema fotovoltaico gera energia suficiente para iluminar uma residência com 3 lâmpadas de 9W e uma tomada para rádio ou TV de 6".

O termo "célula fotoelétrica" também é usado para componentes eletrônicos capazes de medir a intensidade luminosa, traduzindo-a em uma corrente elétrica proporcional. Incluem-se nesta categoria os fotodiodos, fototransistores, LDRs (resistores dependentes de luz, à base de sulfeto de cádmio), fotocélulas de selênio e outros. Uma aplicação típica destes sensores de luz é em fotômetros, usados para medir a iluminação de uma cena a ser fotografada.

Principais tipos de células fotoelétricas

Abaixo seguem as principais tecnologias de fabricação de células fotoelétricas utilizadas atualmente.

• Silício cristalino (c-Si)

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%.

• Silício amorfo (a-Si)

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

• CIGS

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.

• Arsenieto de gálio (GaAs)

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.

• Telureto de cádmio (CdTe)

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.

Tabela custo da força

20 years, 4%	2400 kWh	2200 kWh	2000 kWh	1800 kWh	1600 kWh	1400 kWh	1200 kWh	1000 kWh	800 kWh
200 $ / kWp	0,8	0,9	1,0	1,1	1,3	1,4	1,7	2,0	2,5
600 $ / kWp	2,5	2,7	3,0	3,3	3,8	4,3	5,0	6,0	7,5
1000 $ / kWp	4,2	4,5	5,0	5,6	6,3	7,1	8,3	10,0	12,5
1400 $ / kWp	5,8	6,4	7,0	7,8	8,8	10,0	11,7	14,0	17,5
1800 $ / kWp	7,5	8,2	9,0	10,0	11,3	12,9	15,0	18,0	22,5
2200 $ / kWp	9,2	10,0	11,0	12,2	13,8	15,7	18,3	22,0	27,5
2600 $ / kWp	10,8	11,8	13,0	14,4	16,3	18,6	21,7	26,0	32,5
3000 $ / kWp	12,5	13,6	15,0	16,7	18,8	21,4	25,0	30,0	37,5
3400 $ / kWp	14,2	15,5	17,0	18,9	21,3	24,3	28,3	34,0	42,5
3800 $ / kWp	15,8	17,3	19,0	21,1	23,8	27,1	31,7	38,0	47,5
4200 $ / kWp	17,5	19,1	21,0	23,3	26,3	30,0	35,0	42,0	52,5
4600 $ / kWp	19,2	20,9	23,0	25,6	28,8	32,9	38,3	46,0	57,5
5000 $ / kWp	20,8	22,7	25,0	27,8	31,3	35,7	41,7	50,0	62,5

Ver também

• Energia térmica
• Energia elétrica
• Energia solar

Ligações externas

• «Projeto brasileiro dá esperanças ao futuro da energia solar» (em português) 
• «Célula solar bate recorde de eficiência (42,8%) e pode viabilizar energia solar. (em português)» (em português) 
• «Produção de hidrogênio utilizando energia solar atinge 70% de eficiência. (em português)» (em português) 
• (em português) Bactéria que converte luz em energia é descoberta nos Estados Unidos http://www1.folha.uol.com.br/folha/ciencia/ult306u315383.shtml Bactéria que converte luz em energia é descoberta nos Estados Unidos