Quais são os tipos de células solares? Trabalho, Aplicação (PDF)

Neste artigo, você aprenderá sobre células solares e seu princípio de funcionamento , diferentes tipos de células solares , Sua construção e aplicativo de células solares. Além disso, faça o download o PDF gratuito arquivo deste artigo.

Células solares e tipos

O que é célula solar?

Na conversão fotovoltaica (PV), a radiação solar incide em dispositivos semicondutores chamados células solares que convertem a luz solar diretamente em eletricidade.

Um diagrama esquemático de uma célula fotovoltaica (célula fotovoltaica) ou célula solar é dado na figura.

Baseia-se no efeito que a luz tem na junção entre dois tipos de semicondutores chamados tipo p e tipo n. O tipo N tem excesso de elétrons e o tipo p tem falta de elétrons.

Quando uma luz brilhante brilha em uma célula, a energia da luz, ou seja, o fóton, permite que os elétrons se libertem da junção entre eles.

Isso é chamado de fotoelétrico Para silício monocristalino (4 elétrons de valência), 'p' é obtido pela dopagem de silício com boro (3 elétrons de valência) e tem tipicamente 1 µm de espessura; 'n' é obtido por dopagem com arsênico ou fósforo (5 elétrons de valência) e tem tipicamente 800 um de espessura.

Leia também:O que é Painel Solar? Seus tipos, funcionamento, vantagens e muito mais

Tipos de células solares

A seguir estão os diferentes tipos de células solares usado nos painéis solares:

1. Células solares de silício amorfo (a-Si).
2. Célula solar biohíbrida.
3. Célula solar de contato enterrada.
4. Célula solar de telureto de cádmio (Cd Te).
5. Célula fotovoltaica concentrada (CVP e HCVP).
6. Células solares de seleneto de cobre, índio e gálio (CI(G)S).
7. Célula solar de silício cristalino (C-Si).
8. Célula solar sensibilizada por corante.
9. Célula solar híbrida.
10. Célula solar multijunção.
11. Célula solar monocristalina.
12. Célula solar de nanocristais.
13. Célula fotoeletroquímica.
14. Célula solar de estado sólido.
15. Célula solar de filme fino.
16. Células solares baseadas em wafer.

Células solares de silício amorfo nº 1 (a-Si)

Estas são versões modificadas de células solares de película fina. Este tipo de célula solar usa três camadas de silício amorfo para que cada uma tenha uma energia de bandgap diferente. Os diferentes bandgaps permitem que cada camada responda a uma parte diferente do espectro de energia do Sol como forma de aumentar a eficiência da conversão.

As células amorfas oferecem maior eficiência do que outros tipos e estão prontamente disponíveis. Mas, eles exigem o dobro da área de superfície para produzir a mesma energia que uma célula solar monocristalina.

Célula solar biohíbrida nº 2

As células solares biohíbridas são compostas de matéria orgânica (contendo carbono) que é fotossistema e matéria inorgânica (não carbono). Várias camadas do fotossistema coletam energia fotônica, converte-se em energia química e cria uma corrente que passa pela célula.

A principal vantagem de uma célula solar biohíbrida é que ela converte energia solar em eletricidade com 100% de eficiência. Isso significa que pouca ou nenhuma energia é perdida através da mudança de energia química para elétrica.

#3 Célula Solar de Contato Enterrada

A célula solar de contato enterrado é uma tecnologia de célula solar de alta eficiência. Esses tipos são operados com base em um contato de metal chapeado dentro de uma ranhura formada a laser.

Eles podem dar um melhor desempenho de cerca de 25% em comparação com as células solares serigrafadas comerciais. Os ganhos de eficiência na tecnologia de contato enterrado proporcionam benefícios substanciais de custo e desempenho.

Célula solar de telureto de cádmio nº 4 (Cd Te)

Esse tipo de célula solar usa telureto de cádmio em uma fina camada semicondutora projetada para absorver e converter a luz solar em eletricidade. Estes atuam como a camada de fotoconversão primária e absorvem a luz mais visível dentro do primeiro mícron do material.

Na qual a camada de TCO cria um campo elétrico que converte a luz absorvida na camada de CdTe em corrente e tensão. Esses sistemas são muito mais eficientes do que o silício cristalino comparável.

Célula PV Concentrada Nº 5 (CVP e HCVP)

As células fotovoltaicas concentradas geram energia elétrica da mesma forma que os sistemas fotovoltaicos convencionais. O CVP normalmente usa espelhos curvos para focar a luz solar em células solares pequenas, altamente eficientes e multi-junção. Estes podem proporcionar maior eficiência de cerca de 40% e também são mais baratos.

#6 Células solares de cobre, índio e gálio seleneto (CI(G)S)

Uma célula solar de seleneto de cobre, índio e gálio é usada para converter a energia solar em energia elétrica. Geralmente é feito depositando uma fina camada de cobre, índio, gálio e selênio em um suporte de vidro ou plástico, junto com eletrodos para frente e para trás para armazenar a corrente.

Como o material tem um alto coeficiente de absorção e absorve fortemente a luz solar, é necessário um filme muito mais fino. Esses materiais podem absorver uma parte significativa do espectro solar, permitindo que alcancem a mais alta eficiência.

#7 Célula Solar de Silício Cristalino (C-Si)

O silício cristalino é o principal material semicondutor usado na tecnologia fotovoltaica para a produção de células solares. Essas células solares são compostas de partículas de silício ligadas entre si para formar uma rede cristalina.

Esta rede cristalina fornece um sistema organizado que torna a conversão de luz em eletricidade mais eficiente. Por ter alta eficiência, reduz o custo da instalação final.

Célula solar sensibilizada com corante nº 8

É uma célula solar de filme fino de baixo custo baseada em um semicondutor formado entre um ânodo fotossensível e um eletrólito, um sistema fotoeletroquímico. Esses dispositivos são usados ​​para converter energia luminosa em energia elétrica pelo uso de corantes orgânicos e semicondutores.

Em comparação com outros tipos de células solares, elas agem melhor em condições de alta temperatura e luz difusa. Além disso, é econômico, fácil de fabricar e simples de manipular.

Célula solar híbrida nº 9

Esses tipos de células solares consistem em dois materiais, semicondutores orgânicos e inorgânicos. O material orgânico consiste em polímeros conjugados que absorvem a luz como doadores e transportam poros.

Por outro lado, materiais inorgânicos são usados ​​como aceptores e transportadores de elétrons na estrutura. A vantagem dos sistemas solares híbridos é que eles armazenam energia solar e eletricidade de baixo custo. O uso da energia solar foi possível durante o tempo máximo de uso.

Célula solar multijunção nº 10

Estas são células solares com múltiplas junções p-n feitas de vários materiais semicondutores. Neste, a junção p-n de cada material irá gerar uma corrente elétrica em resposta a diferentes comprimentos de onda de luz.

Estes são capazes de absorver diferentes comprimentos de onda da luz solar recebida usando camadas separadas. Isso os torna mais eficientes na conversão da luz solar em eletricidade do que as células de junção única.

Célula Solar Monocristalina Nº 11

Este tipo de célula solar é composto por uma barra cilíndrica de silício feita de um único cristal de silício de alta pureza semelhante ao de um semicondutor. Funciona como uma célula solar policristalina.

Quando a luz solar incide sobre células solares monocristalinas, elas absorvem a energia e, através de um processo complexo, criam um campo elétrico. Este campo elétrico inclui a tensão e a corrente que geram eletricidade. As células solares monocristalinas têm eficiência relativamente alta.

Célula Solar Nanocristal Nº 12

As células solares de nanocristais são feitas de um material revestido com nanocristais. Os nanocristais são de silício, CdTe ou SiGs e os substratos são geralmente silício ou vários semicondutores orgânicos.

Esses nanocristais são formados por um processo de revestimento giratório que envolve a colocação de um volume de solução de pontos quânticos em uma superfície plana. A solução é espalhada uniformemente e a superfície é virada até que a espessura necessária seja alcançada.

Célula fotoeletroquímica nº 13

Essas células solares absorvem uma fonte de luz solar em um semicondutor ou fotossensibilizador para produzir energia elétrica, semelhante a uma célula solar sensibilizada por corante.

Neste, cada célula consiste em um ou dois fotoeletrodos semicondutores e também um metal adicional e eletrodo de referência mergulhados em um eletrólito. Estes são de baixo custo e um processo bastante fácil, que é uma de suas vantagens.

Célula solar de estado sólido nº 14

As células solares de estado sólido são normalmente usadas para equipamentos semicondutores semelhantes a diodos semicondutores e circuitos integrados. Eles também são usados ​​em eletrônicos semicondutores sem partes móveis, substituindo dispositivos por partes móveis.

Consiste em dois cristais, um dopado com um semicondutor do tipo n que amplifica elétrons adicionais da banda de condução livre. E o outro é dopado com um semicondutor do tipo p que adiciona mais buracos de elétrons.

Célula solar de filme fino nº 15

Esses tipos são projetados para converter a energia solar em energia elétrica usando um efeito fotovoltaico. As células solares de filme fino são feitas depositando uma ou mais camadas finas em um substrato flexível, como vidro, plástico ou metal.

Atualmente, vários tipos de células solares de película fina são utilizados devido ao seu custo relativamente baixo e sua eficiência na geração de energia. Além disso, eles são usados ​​em várias tecnologias, incluindo telureto de cádmio, disseleneto de cobre, índio e gálio e silício de filme fino amorfo.

Células solares baseadas em wafer nº 16

Como o nome sugere, as células de silício baseadas em Wafer são feitas de fatias de silício monocristalino ou multicristalino. Eles podem alcançar a mais alta eficiência de qualquer tipo de tecnologia fotovoltaica. Nesta célula solar, todas as camadas funcionais são depositadas no substrato e transcritas para separar as subcélulas eletricamente conectadas.

Funcionamento da célula solar

Os fótons do sol atingem a célula no lado p microfino e penetram na junção para gerar os pares elétron-buraco. Quando a célula está conectada a uma carga, como mostrado, os elétrons irão se difundir do topo n. A direção da corrente (I) está na direção oposta dos elétrons.

Normalmente, as características tensão-corrente são mostradas na figura em dois níveis diferentes de radiação solar, para cada um dos quais Voc =tensão de circuito aberto, Isc =corrente de curto-circuito. A potência ideal da célula é Vo.Isc. A potência útil máxima é a área do maior retângulo que pode ser formado sob a curva I-V.

Se a tensão e a corrente correspondentes a esta situação são denotadas por Vm e I'm e então a potência útil máxima é VmIm. A razão entre a potência útil máxima e a potência ideal é chamada de fator completo (k). Os valores típicos desses fatores para uma célula de silício são:

Voc =450 a 400 mV; Ioc =30 a 50 mA/cm ² , K =0,65 a 0,80.

As células solares na forma de filmes finos ou wafers convertem de 3% a menos de 30% da energia solar incidente em d.c. eletricidade. A conexão dessas células em configurações em série-paralelo permite o projeto de painéis solares com altas tensões de vários kilovolts.

Combinadas com equipamentos de armazenamento de energia e condicionamento de energia, essas células podem ser usadas como parte integrante de um sistema completo de conversão solar-elétrica.

Aplicações de células solares

Existem muitas aplicações práticas para o uso de painéis solares ou fotovoltaicos. É usado pela primeira vez na agricultura como fonte de energia para irrigação. Na área da saúde, os painéis solares podem ser usados ​​para refrigerar suprimentos médicos. Os módulos fotovoltaicos são utilizados em sistemas fotovoltaicos e incluem um grande tipo de dispositivos elétricos:

A seguir estão as diferentes listas de aplicações de células solares:

1. Centrais fotovoltaicas.
2. Sistemas solares fotovoltaicos no telhado.
3. Sistemas fotovoltaicos autônomos.
4. Sistemas de energia híbrida solar.
5. Fotovoltaica concentrada.
6. Painéis solares.
7. Em lasers bombeados por energia solar.
8. Veículos solares.
9. Usado em painéis solares em naves espaciais e estações espaciais.

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