Radiação Solar: Captação e Conversão

O nosso planeta, em seu movimento anual em torno do Sol, descreve em trajetória elíptica um plano que é inclinado de  aproximadamente 23,5 o com relação ao plano equatorial. Esta inclinação é responsável pela variação da elevação do Sol no horizonte em relação à mesma hora, ao longo dos dias, dando origem às estações do ano e dificultando os cálculos da posição do Sol para uma determinada data, como pode ser visto na figura . A posição angular do Sol, ao meio dia solar, em relação ao plano do Equador (Norte positivo) é chamada de Declinação Solar (δ). Este ângulo, que pode varia, de acordo com o dia do ano, dentro dos seguintes limites: 

-23,45° ≤ δ ≤ 23,45°

O painel Solar ALPHA terá uma inclinação de 15°.

Estrutura de uma Célula Fotovoltaica

Ao contrario da maioria dos outros semicondutores, o dispositivo fotovoltaico não usa  a  estrutura normal  do  silício, como nos  diodos,  ao invés  disso  usa  uma  fina camada  de  óxido transparente.  Estes  óxidos  são  altamente  transparentes  e  tem  alta condutividade elétrica. Camadas anti-reflexo podem ser usadas para cobrir uma célula fotovoltaica. Os cristais policristalinos são grãos minúsculos de material semicondutor. As propriedades dos filmes policristalinos são diferentes do silício normal. Ele provou ser melhor para criar um Campo elétrico entre dois materiais semicondutores diferentes.

Efeito Fotovoltaico

O efeito fotovoltaico dá-se em materiais da natureza denominados semicondutores que se caracterizam pela presença de bandas de energia  onde é permitida a presença de elétrons (banda de valência) e de outra onde totalmente “vazia” (banda de condução). O semicondutor mais usado é o silício. Seus  átomos se caracterizam por possuirem quatro elétrons que se ligam aos vizinhos, formando uma rede cristalina. Ao adicionarem-se átomos com cinco elétrons de ligação, como o fósforo, por exemplo, haverá um elétron em excesso que não poderá ser emparelhado e que ficará "sobrando", fracamente ligado a seu átomo de origem. Isto faz com que, com pouca energia térmica, este elétron se livre, indo para a banda de condução.

Célula Fotovoltaica

 História da Célula Fotovoltaica

A conversão da energia solar em energia elétrica é realizada através do efeito fotovoltaico observado por Edmond Bequerel em 1839. Foi observada uma diferença de potencial nas extremidades de uma estrutura semicondutora, quando incidia uma luz sobre ela.  Impulsionadas pelas novas descobertas da microeletrônica, em 1956  foram construídas as primeiras células fotovoltaicas industriais.

O elevado custo na sua fabricação inviabilizava sua utilização prática a não ser em aplicações especiais, como  sistema autônomo de  fornecimento de energia elétrica para  satélites.  Neste  caso o custo  não  era  um  fator limitante e as  características  de confiabilidade  e  de  baixo  peso,  tornaram  as  células  fotovoltaicas  a  maneira  mais conveniente e segura de gerar eletricidade no espaço.

Em  estações  remotas  de  telecomunicações  foram  empregadas  células fotovoltaicas para o fornecimento de energia elétrica, devido a comprovação das suas características e desempenho no espaço. Outro  agente  impulsionador  das  pesquisas  dessa  tecnologia  para  aplicações diversas, inclusive  para  complementação  do  sistema elétrico  existente,  foi  a crise  do petróleo  em  1973.  A  energia  solar  passou  a atrair  o  interesse  do  governo,  com  a possibilidade real do esgotamento das reservas petrolíferas. Mas  o  custo de  produção das  células  era  um  fator  preocupante em  relação  a quantidade  de energia  produzida  por  ela.  Era  preciso  reduzir  o  custo significativamente.  Por isso o desenvolvimento do mercado  foi muito lento. Mas  em 1978 a produção já chegava a 1 Mwp/ano. Com o aumento da escala de produção e a pesquisa de tecnologia em materiais usados na fabricação das células o custo e o preço começaram a diminuir. Após quinze anos a produção já alcançava 60 Mwp/ano. Na década de 90 marca o desenvolvimento acelerado da industria fotovoltaica. Visando ampliar os horizontes para utilização em massa da energia solar como opção 

energética,  inúmeros  programas  mundiais  foram  lançados  para a demonstração da viabilidade técnica-comercial da energia solar fotovoltaica em projetos de eletrificação rural nos países em desenvolvimento. 

Passada a crise do petróleo, muitas empresas petrolíferas deixaram o  ramo do desenvolvimento  de  novas  células.  Mas  outros  fatores  continuaram  impulsionando  a indústria:  o  fortalecimento do  movimento de  defesa  do  meio  ambiente  e  o desenvolvimento do  grande  mercado da  eletrificação  rural  principalmente  nos  países subdesenvolvidos. A produção mundial em 1998 era prevista em torno de 100 Mwp. Hoje um dos maiores desafios que o  setor enfrenta é a  redução de custos dos sistemas fotovoltaicos. Com as novas tecnologias em desenvolvimento, principalmente a  dos  filmes  finos, poderão provocar reduções significativas  nos  custos  dos módulos fotovoltaicos.  O  desenvolvimento de  modelos  auto-sustentados  de  eletrificação  rural com  sistemas  fotovoltaicos é o maior desafio. O baixo nível cultural e econômico da

 maior parte das populações limita o desenvolvimento do mercado. Estimativas levam a crer que cerca de 30% da população mundial, algo como 2 bilhões  de  pessoas,  ainda  vivam  em  condições  dependentes  do  carvão ou biomassa tradicional  para cozinhar  alimentos  e  usando  velas,  pilhas, querosene e  diesel  para geração de eletricidade.

A  energia  solar fotovoltaica  tem  como  “vocação”  a  utilização  em  pequenas instalações  (pequenas  cargas)  que a  torna,  econômica,  eficiente e  segura.  O  Brasil dispõe  de  um  dos  maiores  potenciais  do  mundo para  o  aproveitamento  de energias renováveis  principalmente  a energia  solar,  e  além  de ecologicamente correto,  é  uma fonte inesgotável de energia.