O princípio fundamental da geração de energia fotovoltaica reside no efeito fotoelétrico dos semicondutores. Quando os fótons irradiam uma superfície metálica, sua energia pode ser totalmente absorvida por um elétron específico no metal. Se a energia absorvida pelo elétron for suficiente para superar o trabalho gravitacional interno do metal, o elétron escapará da superfície do metal e se tornará um fotoelétron.
Um átomo de silício tem 4 elétrons de valência. Se o silício puro for dopado com átomos que têm 5 elétrons de valência (como átomos de fósforo), ele se torna um semicondutor do tipo N; se o silício puro for dopado com átomos que têm 3 elétrons de valência (como átomos de boro), um semicondutor do tipo P é formado. Quando os semicondutores do tipo P e do tipo N são combinados, uma diferença de potencial é criada na interface de contato, que serve como base de uma célula solar. Quando a luz solar irradia a junção P-N, os buracos se movem da região P para a região N, enquanto os elétrons se movem da região N para a região P, gerando assim uma corrente elétrica.
O efeito fotoelétrico refere-se ao fenômeno em que a irradiação de luz causa uma diferença de potencial entre diferentes partes de um semicondutor não uniforme ou entre um semicondutor e um metal. Ele envolve dois processos principais: primeiro, a conversão de fótons (ondas de luz) em elétrons, ou seja, a transformação da energia luminosa em energia elétrica; segundo, a formação de uma voltagem.
O silício policristalino passa por processos como fundição de lingotes, quebra de lingotes e corte para produzir wafers de silício a serem processados. Esses wafers de silício são então dopados e difundidos com quantidades mínimas de boro, fósforo e outros elementos para formar junções P-N. Em seguida, a serigrafia é usada para aplicar uma pasta de prata precisamente preparada nos wafers de silício para criar linhas de grade. Após a sinterização, os eletrodos traseiros são fabricados simultaneamente, e um revestimento antirreflexo é aplicado à superfície com as linhas de grade—completando assim a produção de células solares.
As células solares são organizadas e combinadas em módulos de células solares, que formam grandes placas de circuito. Normalmente, a periferia de cada módulo é fechada em uma estrutura de alumínio, a parte frontal é coberta com vidro e os eletrodos são instalados na parte traseira. Um sistema completo de geração de energia fotovoltaica pode ser montado integrando esses módulos de células com outros equipamentos auxiliares. Para converter corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA), um inversor de energia deve ser instalado. A eletricidade gerada pode ser armazenada em baterias ou alimentada na rede pública.
Em termos da estrutura de custos de um sistema de geração de energia fotovoltaica, os módulos de células solares representam aproximadamente 50%, enquanto os 50% restantes vêm de inversores de energia, taxas de instalação, outros componentes auxiliares e despesas diversas.
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