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Por que devemos desenvolver vigorosamente a geração de energia solar fotovoltaica?
Horário de publicação:
2022/05/05
O que é a energia solar? Acredito que muitas pessoas possuem uma compreensão geral sobre a energia solar e sabem explicar as tecnologias relacionadas à sua aplicação. Vamos falar sobre a geração de energia fotovoltaica no âmbito das tecnologias de aplicação da energia solar. Existem dois aspectos principais: o princípio e as vantagens.
O efeito fotoelétrico pode ocorrer em materiais líquidos e sólidos, mas apenas os sólidos — especialmente os dispositivos de junção PN semicondutores — apresentam maior eficiência de conversão fotoelétrica sob a luz solar. Utilizando o princípio do efeito fotovoltaico para fabricar células solares de silício cristalino, a energia luminosa do Sol pode ser convertida diretamente em eletricidade. O conversor de energia utilizado na geração de energia fotovoltaica solar é a célula solar, também conhecida como célula fotovoltaica, que constitui a base e o equipamento central do sistema de geração de energia fotovoltaica solar. O processo de conversão da energia solar em eletricidade compreende, principalmente, três etapas:
(1) Após a célula solar absorver uma determinada quantidade de energia dos fótons, são geradas no semicondutor pares elétron–lacuna, denominados “portadores fotogerados”. As cargas desses dois portadores são opostas: os elétrons possuem carga negativa, enquanto as lacunas possuem carga positiva.
(2) Os portadores fotogerados de polaridade oposta são separados pelo campo eletrostático gerado pela junção PN do semicondutor.
(3) Os elétrons e as lacunas que geram luz e transportam corrente são coletados, respectivamente, pelos eletrodos positivo e negativo da célula solar, e geram corrente em um circuito externo, obtendo energia elétrica.
Quando a luz incide sobre a superfície da célula solar, parte dos fótons é absorvida pelo material de silício, e a energia desses fótons é transferida aos átomos de silício, fazendo com que os elétrons sofram transições e se tornem elétrons livres, os quais se acumulam formando uma junção PN com uma diferença de potencial em ambos os lados. Quando o circuito externo é ligado, sob a ação dessa tensão, a corrente passa pelo circuito externo, gerando uma determinada potência de saída. A essência desse processo é a conversão da energia dos fótons em energia elétrica.
Em um sistema de geração de energia solar, a eficiência total η do sistema é determinada pela eficiência de conversão fotoelétrica do módulo de células solares, pela eficiência do controlador, pela eficiência das células, pela eficiência do inversor e pela eficiência da carga. Atualmente, a eficiência de conversão fotoelétrica das células solares é de apenas cerca de 17%. Portanto, melhorar a eficiência de conversão fotoelétrica do módulo de células solares e reduzir o custo unitário de energia do sistema de geração fotovoltaica solar constituem o foco e a principal dificuldade na industrialização da geração fotovoltaica solar. O silício cristalino tem sido o material predominante desde o surgimento das células solares. As pesquisas atuais sobre a eficiência de conversão das células solares de silício concentram-se em aumentar a superfície de absorção de energia (por exemplo, utilizando células bifaciais para reduzir a reflexão), em empregar técnicas de gettering e passivação para melhorar a eficiência de conversão das células solares de silício e em desenvolver células de espessura reduzida.
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