A classificação das células solares fotovoltaicas é definida de acordo com o material utilizado no seu fabrico, podendo variar entre células monocristalinas, policristalinas e amorfas. Associada a esta classificação, através de desenvolvimentos surgiu uma nova tecnologia denominada por células de película fina.
Figura 2.6-Princípio de funcionamento de uma célula fotovoltaica (efeito fotovoltaico) [Adaptado de: ALTENER, 2004]
Legenda: 1 – Separação da carga; 2 – Recombinação; 3 – Energia do fotão não utilizada (por exemplo
na transmissão); 4 – Reflexão e sombreamento
1 1 1 3 2 4
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2.6.1. Células monocristalinas
Cerca de 60% do mercado existente de painéis fotovoltaicos têm na sua composição o silício monocristalino. Devido à sua uniformidade da estrutura molecular resultante da utilização de um cristal único é ideal para potenciar o efeito fotovoltaico
A sua produção pode ser com forma redonda, semiquadradas ou quadradas, dependendo da quantidade que é estriada do cristal único. O preço varia entre a forma tal como o seu destino. Por exemplo, as peças quadradas são mais baratas devido à perda de menos material durante a sua produção mas para condições especiais, tal como em sistemas de integração de edifícios, devido à necessidade de alguma transparência, as células redondas poderão ser a melhor alternativa (ALTENER, 2004).
Apesar de tudo, as células monocristalinas (Figura 2.7) apresentam o inconveniente de possuírem um preço elevado.
2.6.2. Células policristalinas
Abrangendo cerca de 30% do mercado surge o silício policristalino. A sua constituição tem por base inúmeros pequenos cristais com espessura semelhante a um cabelo humano.
Durante a fundição do bloco, são formados cristais com várias orientações. Devido a esta descontinuidade, os eletrões têm dificuldade em mover-se e estimulam a recombinação com as lacunas, diminuindo a potência de saída. O processo de fabricação é mais barato do que
Figura 2.7-Células Siemens monocristalinas: a) Célula quadrada; b)Célula semi-quadrada; c) Célula redonda
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o do silício monocristalino (ALTENER, 2004). A Figura 2.8 representa uma célula policristalina.
2.6.3. Células amorfas
As células amorfas (sem forma), demonstradas pela Figura 2.9, não formam uma estrutura regular de cristal, mas uma rede irregular. São compostas por um suporte de vidro ou de outra matéria sintética, na qual é deposta uma camada fina de silício.
Este tipo de células é utilizado em produtos de consumo, nomeadamente relógios ou calculadoras mas podem ser também utilizadas em instalações solares. No entanto, o rendimento das células amorfas é reduzido mas apresenta uma corrente produzida razoável. Apresentam ainda uma vantagem em relação às tecnologias anteriores, já que como reagem melhor à luz difusa e à luz fluorescente, têm melhores desempenhos a temperaturas elevadas. (ALTENER, 2004)
Figura 2.8-Célula policristalinas [Fonte: ALTENER, 2004]
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2.6.4. Células de película fina
As células de película fina (Figura 2.10) apresentam-se como uma alternativa promissora ao silício. A sua forma celular é idêntica a longas estreitas fitas, provocando elevada resistência ao efeito de sombreamento. Tal facto pode ser melhor explicado com base num exemplo: enquanto que uma folha de árvore pode cobrir a totalidade da célula cristalina, no caso do módulo de película fina, a mesma folha cobrirá várias células simultaneamente, ficando apenas uma parte de cada uma destas células sombreada.
Associada a esta vantagem, as células de película fina possuem um aproveitamento superior dos baixos níveis de radiação e de radiações difusas do que as células cristalinas., levando a uma menor deterioração do desempenho para elevadas temperaturas
Esta tecnologia apresenta ainda custos mais reduzidos e seu formato não é restringido a tamanhos “standard”. No entanto, já que na interligação interna apenas podem ser ligadas em série células com tamanhos equivalentes, a área elétrica eficaz vem determinada pela maior área retangular possível dentro de uma forma assimétrica.
O nível estético desta tecnologia é interessante, sendo capacitada de diversas aplicações arquitetónicas, já que devido à utilização de tecnologias de películas finas permitir a passagem parcial de luz (ALTENER, 2004).
Figura 2.9- Módulo amorfo [Fonte: ALTENER, 2004]
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Figura 2.10-Células de película fina Módulo amorfo Célula policristalinas [Fonte: ALTENER, 2004]
2.6.5. Novas células solares
O tempo acarreta consigo novas evoluções tecnológicas. Existem variadas tecnologias ainda em fase de estudo e que prometem ser casos sérios no futuro, apresentando grandes eficiências e custos mais reduzidos.
Uma das esperanças das novas células solares são as tecnologias nanocristalinas sensitivizadas com colorantes. Devido á sua cor e transparência, podem revolucionar o futuro, tendo especial atenção à integração em edifícios.
Outros exemplos a ter em conta são as tecnologias microcristalinas, micromorfas, híbridas (células solares HCI) e, ainda o mais relevante mas para situações muito mais específicas, o arsénio de gálio. Este último exemplar apresenta rendimentos que podem chegar a 25%, mas tem custos de produção muito elevados, que só permitem o seu uso em satélites ou sistemas de concentradores (ALTENER, 2004).
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2.6.6. Estado atual das diferentes tecnologias
As células fotovoltaicas estão em constante evolução e os desenvolvimentos recentes têm sido notáveis. No entanto, a eficiência da conversão da energia por estas tecnologias ainda é baixa.
Comparando a eficiência dos distintos tipos de célula referidos acima, foi elaborada a Tabela 2.1.
Tabela 2.1-Máxima eficiência fotovoltaica [Fonte: ALTENER, 2004]
As células que utilizam o silício apresentam maior eficiência do que as restantes, com exceção á tecnologia que utiliza os semicondutores III-V. Tal facto é explicado pelo desenvolvimento da tecnologia ser mais maturo. No entanto, apresentam-se mais caras do que as restantes o que acaba por lhe retirar algum mercado.
Relativamente às novas tecnologias, estas apresentam testes em laboratório com boas eficiências, demonstrando ser uma boa possibilidade de serem uma opção viável quando atingirem a maturidade, que se estima ser daqui a cerca de 10 anos (ALTENER, 2004).
Material da célula solar
Eficiência máxima das células Laboratório Produção Produção
em série
Silício Monocristalino 24,7 18 14
Silício Policristalino 19,8 15 13
Silício Policristalino EFG 19,7 14 13
Silício cristalino de Película
Fina 19,2 9,5 7,9 Silício amorfo* 13 10,5 7,5 Silício Micromorfo * 12 10,7 9,1 Hibrido HCI 20,1 17,3 15,2 CIS, CIGS 18,8 14 10 Telureto de Cádmio 16 10 9 Semicondutor III-V 35,8 27,4 27
Célula sensitivizada com
corante 12 7 5
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