Radiação Solar
O sol emite energia na forma de ondas electromagnéticas de frequências diferentes, principalmente na gama de luz visível, ultravioleta e infravermelho. Uma pequena fração dessa energia é interceptada pela Terra. A quantidade de energia recebida por nosso planeta - antes de atingir a atmosfera - por unidade de área é chamada de constante de energia solar e seu valor é aproximadamente igual a 1,367 W/m.2, quando medida perpendicularmente aos raios do sol.
A maior parte da radiação incidente sobre o ambiente é absorvida pelo vapor de água, dióxido de carbono, oxigênio e ozono presente, reduzindo a intensidade como a atravessar o mesmo. Ao nível do mar a radiação solar é aproximadamente igual a 1000 W/m2 quando medido perpendicular aos raios do sol. Este é o valor padrão utilizado como base para expressar as características elétricas dos painéis solares e para sistemas de dimensionamento.
As células fotovoltaicas
As células fotovoltaicas são dispositivos onde a radiação solar é convertida em energia elétrica e do efeito fotovoltaico é o processo que produz tal transformação.
A maioria das células fotovoltaicas são fabricados aplicação comercial para placas semicondutoras muito finos (menos de 200 microns de espessura) de silício puro, mono ou policristalino. No setor de energia solar outros semicondutores também são usados para alcançar esta conversão como o silício amorfo, telureto de cádmio (CdTe), seleneto de cobre, índio e gálio (CIGS) e outros.
Aqui nos referimos apenas às células em mono ou silício policristalino é usado por SOLARTEC SA para a fabricação de módulos fotovoltaicos.
Um cristal de silício é formado por átomos de silício dispostas de uma maneira ordenada de modo a que cada um está ligado ao átomo de quatro pares de electrões que compartilham átomos vizinhos (ligações covalentes). Neste estado os átomos estão em um estado mínimo de energia chamado de banda de valência.
A interacção da radiação solar com os átomos de silício da célula fotovoltaica pode ser considerada como a interacção das partículas, chamadas de fótons, elétrons com silício. A energia de cada fotão depende do comprimento de onda do espectro solar, a que se referem.
Quando um fóton atinge com um dos elétrons na estrutura de cristal de silício transmite sua energia, lançado a partir da ligação covalente. Este novo estado de energia em que os elétrons liberados são banda de condução é chamado. A diferença entre a banda de valência e da banda de condução (Gap) depende do semicondutor, com o qual a célula é feita. Para o silício é 1,12 eV.
Neste estado de energia do electrão se move livremente dentro do cristal. Se não houver um campo elétrico dentro da célula para organizar o movimento de todos os elétrons liberados na mesma direção, a corrente elétrica seria zero.
Para atingir este campo eléctrico para a parte superior da célula é incorporado átomos de fósforo e a parte inferior é constituída de átomos de boro. A área entre a parte superior e a parte inferior são chamados conjunta e paralela às faces da célula.
No momento de uma diferença de potencial igual a, aproximadamente, 0,7 volts, suficiente para conseguir o efeito fotovoltaico ocorre.
A face superior da célula tem um (pólo negativo) grelha condutora que permite a passagem da radiação solar para o interior e a face inferior é completamente coberto por uma superfície condutora.
Se uma célula solar está ligado a uma entrada (por exemplo, uma lâmpada) a operação é como segue:
- Os elétrons liberados na célula atinge a rede pelo campo elétrico da junção e deixando o celular na direção do consumo.
- Elétrons entregar a energia obtida a partir de fótons absorvidos para o consumo de combustível (mantendo a luz se acende)
- Os electrões retornar para a célula e inseri-lo na sua face inferior.
- Os electrões que entram na célula são absorvidos novamente pela estrutura cristalina em lugares deixadas por outros electrões libertados.
Nem toda a radiação incidente sobre uma célula fotovoltaica é transformada em energia eléctrica, por várias razões:
- Parte da radiação incidente é refletida de volta para o espaço.
- Alguns fótons não têm o suficiente para quebrar ligações e produzir efeito energia eletrônica.
- Nem toda a energia dos fotões é usado para produzir o efeito, só uma quantidade que depende do semicondutor.
A diferença entre a energia de radiação solar e energia efetivamente utilizada pela célula para o efeito fotovoltaico se reflete ou convertida em calor dentro da célula.
Hoje células de silício apresentam uma porcentagem de energia solar transformada em menos de 20 por cento de energia.
Para uma célula fotovoltaica, fornecendo a corrente nominal é proporcional à superfície da célula e a insolação e seu campo eléctrico depende da tensão nominal da junção e a sua temperatura operacional.
Para uma célula quadrado de lado de silício 156 milímetros classificado corrente gerada é aproximadamente igual a 8 A e tensão aproximadamente igual a 0,48 V para as condições padrão de 1000 W/m2 insolação e temperatura de funcionamento de 25 ° C.
Módulos fotovoltaicos
Uma célula fotovoltaica é um elemento frágil que não pode ser exposto directamente ao tempo. Além disso, a tensão é insuficiente para a maioria das aplicações práticas.
O elemento de base de um gerador de energia solar é o módulo fotovoltaico, o qual é formado através da ligação de células individuais em série (o lado positivo de uma célula com o lado negativo da seguinte e assim por diante).
Um módulo é composto de 36 células em série vai entregar uma corrente igual ao valor nominal de cada uma das células individuais (cerca de 8 a) e uma tensão igual ao produto de 36 células x 0,48 V = 17,3 V.
Este módulo irá fornecer uma potência máxima de cerca de 138 watts produto resultante 8 x 17,3 V. Isso é chamado a potência de pico de energia condições nominais ou padrão para uma radiação solar de 1000 W/m2 e temperatura de operação de 25 ° C.
Para o módulo de resistência às condições ambientais extremas, é submetido a um processo de laminagem em que as células são encapsuladas com um material termoplástico, entre um vidro frontal, que forma a face do módulo, que está virado para o sol e um composto de película plástica formar a face traseira. Este laminado é colocada uma estrutura de alumínio anodizado e os terminais eléctricos (positivas e negativas) de todas as células estão ligadas a uma caixa de junção impermeável ligado à face traseira.
Os gráficos abaixo mostram a relação direta que estas curvas com o valor da radiação solar incidente e temperatura de operação.
Os gráficos abaixo mostram a relação direta que estas curvas com o valor da radiação solar incidente e temperatura de operação.
Curvas e valores característicos
O desempenho eléctrico de um módulo fotovoltaico, é expressa pela curva característica, que é a representação dos valores de intensidade de corrente (medida em A), gerado com base na tensão (medido em V) que pode estar a funcionar .
Um modelo módulo dado é definido pelas seguintes valores característicos:
- MP de alta capacidade (potência de pico).
- IMP atual com potência máxima.
- VMP ponto de tensão Potência Máxima.
- Corrente de curto circuito ISC.
- Abrir VCC tensão do circuito).
Por exemplo, para o módulo 65T SOLARTEC KS (veja a lista de módulos na página respectivos produtos) estes valores são:
- PP 65 W
- IMP 3,75 A
- VMP 17,40 V
- 4.08 A ISC
- 21,70 V dc
