As células fotovoltaicas são eficientes?

I. Princípio de funcionamento das células fotovoltaicas

As células fotovoltaicas, também conhecidas como células solares, são dispositivos que utilizam o efeito fotoelétrico de materiais semicondutores para converter a energia da luz solar diretamente em energia eléctrica. Quando a luz solar incide sobre uma célula fotovoltaica, a energia dos fotões é absorvida pelo material semicondutor, o que faz com que os electrões saltem da banda de valência para a banda de condução, formando pares eletrão-buraco. Sob a ação do campo elétrico no interior do semicondutor, os electrões e os buracos movem-se em direcções diferentes, gerando assim uma diferença de potencial entre as duas extremidades da célula e, quando o circuito externo é ligado, uma corrente fluirá através dele, concretizando a conversão da energia luminosa em eletricidade.

II. medidas de eficiência das células fotovoltaicas

A eficiência de uma célula fotovoltaica é um indicador-chave do seu desempenho e é normalmente expressa em termos de eficiência de conversão fotoeléctrica. A eficiência de conversão fotoeléctrica refere-se à proporção de energia solar que uma célula fotovoltaica converte em energia eléctrica e é calculada da seguinte forma: eficiência de conversão fotoeléctrica = (energia eléctrica produzida pela célula fotovoltaica / energia solar incidente na célula fotovoltaica) x 100 por cento.

Por exemplo, se uma célula fotovoltaica produz 1000 watts de luz solar incidente e 200 watts de potência de saída em determinadas condições de iluminação, a eficiência de conversão fotovoltaica da célula fotovoltaica é (200 / 1000) x 100% = 20%.

III. eficiência dos diferentes tipos de células fotovoltaicas

Células fotovoltaicas de silício monocristalino

As células fotovoltaicas de silício monocristalino são um dos tipos mais eficientes de células fotovoltaicas atualmente existentes no mercado. A sua eficiência de conversão fotovoltaica é geralmente de cerca de 15 a 27 por cento. Isto deve-se ao facto de o silício monocristalino ter um elevado grau de pureza e uma boa estrutura cristalina, o que permite absorver e converter a energia solar de forma mais eficaz.

Vantagens: alta eficiência, boa estabilidade, longa vida útil.

Desvantagens: Custos de produção mais elevados e elevado consumo de energia no processo de fabrico.

Células fotovoltaicas de silício policristalino

As células fotovoltaicas de silício policristalino têm normalmente uma eficiência de conversão fotoeléctrica de cerca de 13% – 24%. São constituídas por vários pequenos grãos de silício e a sua produção é relativamente barata.

Vantagens: baixo custo e processo de produção relativamente simples.

Desvantagens: Eficiência ligeiramente inferior à das células fotovoltaicas de silício monocristalino, podendo ocorrer degradação do desempenho durante a utilização a longo prazo.

Células fotovoltaicas de película fina

As células fotovoltaicas de película fina incluem o silício amorfo, o telureto de cádmio, o seleneto de cobre, índio e gálio e outros tipos. A sua eficiência de conversão fotovoltaica é geralmente de cerca de 5% a 10%. As células fotovoltaicas de película fina podem ser fabricadas em substratos flexíveis e são leves e dobráveis.

Vantagens: pode ser fabricado em substratos flexíveis, fácil de instalar e transportar, adequado para alguns cenários de aplicação especiais.

Desvantagens: Eficiência relativamente baixa e possíveis riscos ambientais associados a alguns materiais de película fina (por exemplo, CdTe).

IV. factores que afectam a eficiência das células fotovoltaicas

Intensidade e ângulo da luz

Quanto maior for a intensidade da luz, maior é a produção de eletricidade da célula FV. No entanto, quando a intensidade da luz ultrapassa um determinado valor, a eficiência da célula fotovoltaica não continua a aumentar, podendo antes diminuir devido ao aumento da temperatura.

O ângulo da luz também afecta a eficiência das células fotovoltaicas. A eficiência é mais elevada quando a luz solar atinge a célula fotovoltaica verticalmente. À medida que o ângulo da luz muda, a eficiência diminui.

temporário

A eficiência das células fotovoltaicas diminui com o aumento da temperatura. Isto deve-se ao facto de o aumento da temperatura provocar um aumento da resistência do material semicondutor, o que reduz a mobilidade dos electrões e dos buracos. Em geral, a eficiência de uma célula fotovoltaica diminui cerca de 0,4% – 0,5% por cada aumento de 1°C na temperatura.

Qualidade dos materiais semicondutores

Factores como a pureza e a estrutura cristalina dos materiais semicondutores podem afetar diretamente a eficiência das células fotovoltaicas. Os materiais semicondutores de alta qualidade são capazes de absorver e converter a energia solar de forma mais eficiente, aumentando assim a eficiência.

Estrutura e processo da bateria

A conceção estrutural e o processo de fabrico das células fotovoltaicas também podem ter um impacto na eficiência. Por exemplo, a eficiência das células fotovoltaicas pode ser melhorada através da utilização de melhores materiais para os eléctrodos e da otimização da espessura e da área de superfície das células.

1. Tendências da eficiência das células fotovoltaicas

A eficiência das células fotovoltaicas continua a melhorar à medida que a tecnologia avança. Nos últimos anos, os investigadores têm continuado a melhorar a eficiência das células fotovoltaicas através do aperfeiçoamento dos materiais semicondutores e da otimização das estruturas e processos das células.

Por exemplo, algumas das novas tecnologias de células fotovoltaicas, como as células solares de calcogenetos e as células solares orgânicas, têm uma eficiência teórica elevada e estão atualmente a ser objeto de investigação, desenvolvimento e aperfeiçoamento contínuos. Prevê-se que, nos próximos anos, a eficiência destas novas células fotovoltaicas seja melhorada e comercializada gradualmente.

VI Conclusão

Em resumo, a eficiência das células fotovoltaicas varia consoante o tipo. As células fotovoltaicas de silício monocristalino são mais eficientes, mas também mais dispendiosas; as células fotovoltaicas de silício policristalino são menos dispendiosas, mas ligeiramente menos eficientes; e as células fotovoltaicas de película fina têm algumas vantagens especiais, mas são relativamente menos eficientes. Há muitos factores que afectam a eficiência das células fotovoltaicas, incluindo a intensidade da luz, o ângulo, a temperatura, a qualidade do material semicondutor e o processo da estrutura celular. Com o progresso contínuo da tecnologia, espera-se que a eficiência das células fotovoltaicas continue a melhorar, dando um maior contributo para o desenvolvimento das energias renováveis.

De um modo geral, embora a eficiência das células fotovoltaicas não possa ser comparada com as fontes de energia fósseis tradicionais atualmente, tem as vantagens de ser limpa, renovável e silenciosa, e é uma das direcções importantes para o desenvolvimento futuro da energia. Ao escolher as células fotovoltaicas, é necessário ter em conta a eficiência, o custo, a fiabilidade e outros factores, de acordo com os cenários e as necessidades reais de aplicação, e escolher os produtos de células fotovoltaicas mais adequados.