Painel fotovoltaico

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  • Publicado : 3 de março de 2011
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FÍSICA E QUÍMICA A
1. QUESTÃO-PROBLEMA Pretende-se instalar painéis fotovoltaicos de modo a produzir a energia eléctrica necessária para alimentar um conjunto de electrodomésticos. Como obter o máximo rendimento? 2. INTRODUÇÃO TEÓRICA Os painéis fotovoltaicos são formados por células fotovoltaicas que utilizam a radiação solar para produzir electricidade.
ENERGIA SOLAR ENERGIA ELÉCTRICAEstas células convertem a irradiação solar em electricidade a partir de processos que se desenvolvem ao nível atómico nos materiais de que são constituídas. A verdadeira compreensão deste fenómeno, levou cerca de cem anos a esclarecer, embora o processo de produzir corrente eléctrica em meio contínuo tenha sido relatado desde 1839. Os principais componentes da célula fotovoltaica – também designadapilha fotovoltaica – correspondem às camadas (em sanduíche) de materiais semicondutores (materiais com características intermédias entre um condutor e um isolador) onde é produzida a corrente eléctrica. Existe um número variado de materiais adequados para serem utilizados “como uma pilha”, todos com vantagens e inconvenientes. Não se pode dizer actualmente, que há um material semicondutor “ideal”,pois a sua utilização está directamente ligada à aplicação, ao seu custo, eficiência e duração. Além dos materiais semicondutores, a célula fotovoltaica apresenta dois contactos metálicos, em lados opostos, para fechar o circuito eléctrico. O conjunto encontra-se encapsulado entre um vidro e um fundo, essencialmente para evitar a sua degradação com os factores atmosféricos – vento, chuva, poeira,vapor, etc. e assim manter as condições ideais de operação por dezenas de anos.

Normalmente, o material semicondutor utilizado nas células fotovoltaicas é o silício, sob a forma de um cristal, em cujos extremos, por acção da radiação solar, é criada uma diferença de potencial.

FÍSICA E QUÍMICA A

Cada célula solar é constituída por uma junção de duas camadas de material semicondutor, umado tipo-n (cristal de silício com impurezas de fósforo) e outra do tipo-p (cristal de silício com impurezas de boro). Quando um fotão é absorvido, liberta um electrão que se desloca para a zona n ficando uma lacuna na zona p.

Se a célula estiver a alimentar uma lâmpada, os electrões em excesso na zona n seguem pelo circuito exterior (atravessando o filamento da lâmpada), indo preencher aslacunas existentes na zona p. Estes materiais permitem que, ao incidir radiação sobre a célula, a energia da radiação seja transferida para os electrões que passam a formar uma corrente eléctrica contínua. Tal corrente mantém-se enquanto houver radiação a incidir na célula. A radiação a que uma célula fotovoltaica é sensível tem comprimento de onda entre os 300nm e os 600 nm, onde se inclui a luzvisível. Uma célula fotovoltaica típica e com luz solar intensa produz uma tensão de 0,5V e uma intensidade de corrente de 3 A, ou seja, uma potência de 1,5 W. Para se obterem maiores tensões, ligam-se as células em série e, para se obterem maiores intensidades de corrente, ligam-se as células em paralelo. Este conjunto constitui um módulo ou painel fotovoltaico. Por exemplo, com um módulo com 36 célulasassociadas em série obtém-se uma diferença de potencial de 18 V. Estes sistemas são ainda associados de modo a que a potência disponível seja adequada à aplicação pretendida.

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FÍSICA E QUÍMICA A

Os sistemas fotovoltaicos podem ter um tamanho variável: uma célula é suficiente para uma calculadora e um módulo para acender uma lâmpada, mas para uma casa ou uma bomba de água precisamos devários módulos. À escala industrial o número tem de ser muito maior. Os módulos para o fornecimento de energia eléctrica a uma casa dependem, não só, do seu consumo de energia, mas também, da sua localização. A intensidade de corrente eléctrica e a diferença de potencial do dispositivo fotovoltaico são determinados pela intensidade da radiação solar incidente, pela temperatura ambiente e pelas...
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