SATÉLITE SOLAR
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 fotoeléctricas 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 (s-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%.
CIGSNome 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 .
Arseneto de Gálio (GaAs)
Atualmente é a tecnologia mais eficinte 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 teluret de cádmio .
Apresenta pouco apelo comercial devida à alta toxicidade do cádmio.
COLECTOR SOLAR + CÉLULA SOLAR CIGS Colector solar
Os colectores solares, vulgarmente conhecidos por painéis solares, não devem ser confundidos com painéis fotovoltaicos.
Os colectores solares são utilizados normalmente para aquecer a água da rede para as tarefas do dia-a-dia, como tomar banho, cozinhar, etc.
Componentes de um colector solarUm colector solar tem uma cobertura transparente.
Normalmente esta área é feita de pyrex ou vidro isolado, com sistema de caixa de ar.
A reflexão e transferência de energia térmica para o fluido é feita através de uma placa reflectora, constituída por metais como alumínio ou cobre
.Em colectores de alto rendimento é utilizado dióxido de cobre (II), silício , dióxido de silício, aço banhado a ouro ou ainda cobre banhado a níquel.
Claro que estes materiais são caros e, por isso, menos utilizados
.O fluido utilizado para aquecer a água da rede é normalmente água misturada com anticongelante, para que nos dias de Inverno esta água não congele, podendo danificar os sistemas caso isso acontecesse, ou glicol.
Tanto a água como o glicol têm elevada capacidade térmica, sendo por isso as substâncias escolhidas nestes sistemas.
A caixa isolada, ou seja, o exterior do colector, é isolada termicamente para minimizar as perdas, e também é bastante resistente, já que é esta que irá proteger o colector dos agentes externos
.
FuncionamentoA cobertura do colector solar é de vidro, e logo, é transparente à radiação visível.Esta radiação irá, então, entrar no colector, aquecendo o seu interior, principalmente a placa colectora.
Esta, é feita de um material bom absorsor (absorve muita radiação), e logo, bom emissor (emite também muita radiação).
Desta forma, a radiação solar que entrou no colector será absorvida pela placa, emitindo de seguida radiação menos energética, a infravermelha .
Em princípio, acharíamos este processo de absorção/emissão pouco rentável, mas na verdade não é.O facto é que o vidro, de que é feita a cobertura, é opaco à radiação infravermelha.
Logo, a energia emitida pela placa colectora não sairá facilmente do aparelho, contrubuindo este processo para o aquecimento mais rápido do sistema, e logo, da água que nele circula.Verifica-se assim efeito de estufa.
A temperatura da placa absorsora irá aumentar, e este, por sua vez, irá transferir energia sob a forma de calor para a serpentina de tubos com o fluido que se encontra por baixo, até que se atinja o equilíbrio térmico entre o metal e o fluido no interior dos tubos de cobre.
Como o fluido a temperatura superior é menos denso, irá subir até ao depósito com água da rede. Ao passar no seu interior, o fluido irá transferir energia sob a forma de calor para a água no depósito.
Esta, por sua vez, será utilizada na casa para as variadas tarefas.
Após esta transferência, o fluido terá arrefecido, ficando mais denso e descendo de volta ao colector, onde reiniciará o seu ciclo.
Vantagens e desvantagens
Este sistema tem inúmeras vantagens, visto que utiliza energia renovável, e aquece a água a custo zero, visto que utiliza energia solar.
Mas há uma razão para que ainda não muita gente o utilize.
A sua instalação é bastante dispendiosa, só se começando a ter ganhos ao fim de alguns anos. Nunca se fica realmente independente, pois em dias enevoados e chuvosos o rendimento é bastante reduzido.
À noite não existe luz solar, e no caso de utilização mais intensiva acaba por ser necessário recorrer à resistência eléctrica que se encontra no interior do depósito´
CÉLULA SOLAR CIGS OUCIGS
ou Cobre-Índio-Gálio-Selênio é o nome para um novo semicondutor usado em células fotoelétricas, cuja fórmula química é Cu(In,Ga)Se2 (cobre ,índio ,gálio e selênio).
Ao contrário das células feitas com silício que são baseadas numa junçãp p-n de um mesmo material, células CIGS são feitas com várias camadas ultra finas de diferentes semicondutores, cada qual com diferentes gaps de energia .
FundamentosCélular solares são na verdade grandes diodos semicondutores .
Quando um fóton com uma energia hν maior que o gap de energia
E g deste semicondutor penetra no material, um elétron é deslocado da banda de valência para a banda de condução , e de modo oposto, uma lacuna vai da banda de condução para a banda de valência.Após a criação deste
Par Elétron-Lacuna , eles podem recombinar-se ou então ir à região de carga espacial, onde dependendo das dopagens dos materiais há uma diferença de potencial , causando tanto a aceleração do elétron na banda de condução como da lacuna na banda de valência.
Quando os materiais estão conectados a condutores e eventuais consumidores de energia, é gerada uma corrente elétrica.
Composição da célula
SubstratoComo já dito, células solares tipo SIGS são constituídas de várias camadas finas (na ordem de μm).
Como substrato usa-se geralmente vidro, porém as camadas podem ser depositadas em polímeroso.Essa possibilidade de diversificar o substrado é uma das vantagens de uma célula SIGS em comparação às células de silício, pois não depende de uma estrutura para erguer os painéis e ela pode ser aderida em paredes e tetos, cortando custos de instalação e aumentando o apelo comercial da energia solar.
ContatoA ligação da camada fotovoltaica com o substrato é feita com uma fina camada de molibdênio , que é depositada através de vaporização em cima do substrato.
O molibdênio, além de ser um bom condutor, também é um eficiente material para fazer a adesão da célula solar no substrato.
Geralmente esta camada é de cerca de 0,5 μm de expessura.
Camada de absorção
A próxima camada é constituida do próprio Cu(In,Ga)Se2, cuja função é absorver a energia solar e fornecer os pares elétron-lacuna para os condutores próximos.
Vale citar que este material, quando dopado com material tipo p, apresenta uma alta capacidade de absorção de luz, sendo que uma camada de apenas 1 μm de espessura absorve cerca de 90% da luz solar incidente.
Com isso, é Necessária uma quantidade relativamente pequena de material para sua fabricação, quando comparado com outros tipos de célula.
Camada neutraAcima da camada de absorção é depositada uma camada de cerca de 50 nm de CdS (sulfido de cádmio).Esta camada junto com a camada de óxido de zinco (vide abaixo) contribuem com o lado tipo n da junção p-n da célula solar.
O gap de energia do CdS é de Eg = 2,4 eV, e portanto dentro da faixa energética do espectro solar.Porém, o par elétron-lacuna aqui gerado não conseque se reencontrar na região de carga espacial e conseqüentemente não contribui para a corrente gerada na célula.
Devido a camada de apenas 50 nm, pouca luz é absorvida nela antes de chegar à camada de absorção.A função da camada neutra é proteger a camada de absorção das reações químicas causadas pelo depósito da camada de ZnO, em particular a difusão de átomos de uma camada em outra.
Camada janela
A camada janela consiste na realidade de duas camadas de ZnO (óxido de zinco ): uma intrísica e homogênea, e outracom 2% de Al2O3 para ter maior condutância .
Esas camadas contribuem para o lado tipo n da junção p-n da célula e ao mesmo tempo serve como condutor para os pares elétron-lacunas gerados na célula.
O gap de energia do ZnO é de Eg = 3,3 eV, maior do que a energia dos fótons incidentes, e portanto, "transparente" ao espectro solar.Daí o nome da camada de "camada janela".
Vantagens e Desvantagens de células CIGS
As vantagens/desvantagens de uma célula tipo CIGS em comparação com outras tecnologias do mercado (em particular células de silício, que constitui 95% do mercado de células solares no mundo)
Economia de materiais:Devido à alta absorção do Cu(In,Ga)Se2, é necessária uma camada de da ordem de 1 μm de espessura, enquanto células de silício necessitam de camadas da ordem de 200 a 300 μm;
EficiênciaA eficiência de células CIGS é de 18,8% para pequenas áreas, e de 11,8% para grandesáreas (0,3 x 1,2 m)2.
Satélite de energia solar é um conceito de satélite dotado de painéis capazes de captar a energia solar.A uma determinada distância longe da sombra projetada pela Terra , nunca é "noite".
O espaço é permanentemente atravessado pela luz e energia do Sol .
Um satélite de energia solar em órbita geoestacionária seria iluminado 99% do tempo!
O uso a energia do Sol tem várias vantagens: as instalações "receptoras" na superfície terrestre são simples ao contrário de barragens de usinas hidrelétricas e locais para armazenamento de petróleo que ocupam grandes extensões.
E é uma energia "limpa" pois não emite quaisquer tipos de poluentes
.Após a captação esta energia é então convertida em microondas ou radiação infravermelha e depois enviada à Terra.
Uma usina recebe essa energia solar convertida e a transforma em energia elétrica que poderá ser usada normalmente.
Tais projetos ainda não foram relizados devido a dois motivos principais: os elevados custos para a construção e lançamento destes satélites na órbita terrestre e também porque a energia gerada por desta forma tem um custo muito maior se comparada às fontes de energia convencionais
.Os satélites de energia solar poderiam ter vantagens para o mundo em termos de segurança energética evitando futuros conflitos pela posse de fontes de energia cada vez mais escassas, reduzindo despesas militares e a perda de vidas humanas.
