Com o desenvolvimento da tecnologia, foram aparecendo cada vez mais tipos de células fotovoltaicas possuindo outros tipos de material e outros tipos de características. As células mais utilizadas em instalações fotovoltaicas são:
• Silício Cristalino (c-Si); • Silício Amorfo (a-Si); • Telureto de Cádmio (CdTe); • CIS e CIGS;
• Arsenieto de Gálio (GaAs).
2.6.1
Silício Cristalino (c-Si)
As células monocristalinas foram as primeiras células a serem elaboradas a partir de um bloco de silício cristalizado num único cristal, apresentando-se sob a forma de placas redondas ou quadradas. O seu rendimento é relativamente elevado (comparado com as outras células) aproximadamente 15 % e podendo subir até cerca de 24 % em laboratório, mas as técnicas utilizadas na sua produção são complexas e caras. Por outro lado, é necessária uma grande quantidade de energia no seu fabrico devido à exigência da utilização de materiais num estado muito puro e com uma estrutura de cristal perfeita. Como já foi referido, o custo de produção destes painéis solares é bastante elevado, de tal modo que o tempo necessário para que o painel gere uma quantidade de energia equivalente à utilizada na sua produção é superior a três anos. Este facto leva a que esta tecnologia seja desconsiderada por muitos analistas nas projeções a médio prazo (Huy Tuan Le et al., 2014).
As células policristalinas são fabricadas a partir de um bloco de silício cristalizado em múl- tiplos cristais e, portanto, com diversas orientações. Estas têm um custo de produção inferior por necessitarem de menos energia no seu fabrico, mas apresentam rendimento inferior (entre 12 % e 14 %, obtendo-se até 18 % em laboratório). Esta redução de rendimento é causada pela imperfeição do cristal, devido ao sistema de fabrico (Huy Tuan Le et al., 2014).
2.6.2
Silício Amorfo (a-Si)
As células de silício amorfo são compostas por um suporte de vidro ou de uma outra ma- téria sintética, na qual é disposta uma fina camada de silício (a organização dos átomos já não é regular como num cristal). Reagem bem à luz difusa e à luz fluorescente apresentando uma resposta espectral mais voltada para o azul e, portanto, apresentam melhores desempenhos a
temperaturas elevadas. Estas são as que apresentam o custo mais reduzido, mas em contrapar- tida o seu rendimento elétrico é também mais reduzido (aproximadamente 6-7 %, ou 13 % em laboratório)(Jovanov et al., 2013).
As células solares de silício amorfo foram a primeira tecnologia de filmes finos desenvol- vida. Imediatamente despontaram como uma tecnologia ideal para aplicação em calculadoras, relógios e outros produtos onde o consumo elétrico é baixo (Jovanov et al., 2013).
Estas células são camadas extremamente finas de silício, de tal forma que na maioria das vezes a sua espessura não ultrapassa 0,5 micrómetros de espessura e são compostas por uma es- trutura amorfa, o que reduz os níveis de eficiência quando comparado com as células cristalinas (Jovanov et al., 2013).
2.6.3
Células de Telureto de cádmio (CdTe)
O telureto de cádmio (CdTe) é um material muito útil no fabrico de células fotovoltaicas de filmes finos. Este tipo de filme fino é o mais comum no mercado. Este tipo de célula apresenta uma eficácia inferior às células de silício cristalino embora possua uma relação custo-eficácia bastante favorável. Estas células apresentam custos de produção mais baixos do que as de silício. As suas melhores eficiências de conversão andam em redor dos 16,5 % desde 2001 (Lepiller et al., 2000).
2.6.4
Células CIS e CIGS
As células CIGS são constituídas por cobre, índio, gálio e selénio. Este tipo de células é um composto de semicondutores que pode ser depositado em diferentes materiais. Esta é uma tecnologia recente e um sério concorrente do mercado fotovoltaico num futuro próximo. Estas apresentam uma alta eficiência e uma elevada vida útil. As eficiências em laboratório podem chegar aos 19,5 %.
Quando uma porção do índio é substituída por gálio as células podem ser denominadas por CIS. As células CIS usam como compostos o disseleneto de cobre e índio. Como a sua fabricação é bastante complexa as empresas demoraram a criar uma elevada capacidade de produção. As células de cobre e índio apresentam uma boa eficiência de cerca de 12 %, para além de que são bastante atrativas para aplicações integradas a edifícios (Li et al., 2012).
2.6.5
Células de arsenieto de gálio (GaAs)
Este tipo de células são as utilizadas na indústria espacial, logo são demasiado dispendi- osas para ser utilizadas com fins comerciais. Esta apresenta-se em multicamadas de células que absorvem diferentes comprimentos de onda do espetro solar. Em certos tipos de arranjos multicamada podem chegar aos 32,5 % de eficiência (Gondre-Lewis et al., 2003).
Componentes básicos de sistemas solares fotovoltaicos
Os componentes básicos de um sistema solar fotovoltaico nem sempre são os mesmos. Estes variam consoante o tipo de sistema que se pretende utilizar. Os componentes que se podem encontrar num sistema são:
• Módulo(s) Fotovoltaico(s) - Este elemento está presente em todos os sistemas;
• Baterias de Acumuladores - Se for necessário ter um sistema de armazenamento de ener- gia elétrica;
• Controladores de Carga - Esta presente se este apresentar um sistema de armazenação de energia elétrica (baterias de acumuladores);
• Inversor - Se o sistema à implementar necessitar de alimentar cargas em corrente alternada (AC) e/ou para injetar energia na rede elétrica.
3.1
Módulo Fotovoltaico
Os módulos fotovoltaicos são constituídos por células fotovoltaicas. Ambos podem ser as- sociados em série e/ou em paralelo, até se atingirem as tensões e correntes pretendidas. Assim para obtermos um módulo fotovoltaico associa-se células fotovoltaicas em série e/ou em pa- ralelo. Para obter um painel fotovoltaico associa-se módulos fotovoltaicos em série e/ou em paralelo (Grupo de Trabalho de Energia Solar GTES, 2014). Na Figura 3.1 podemos observar o que foi referido.
Figura 3.1: Hierarquia fotovoltaica (Borges, 2009)
Para aumentar a tensão pretendida associa-se células/módulos fotovoltaicos em série. E para aumentar a corrente produzida associam-se em paralelo. De quaisquer das maneiras a potência do conjunto irá aumentar (Garrido, 2010).
No entanto quando se realiza a associação em paralelo e/ou série, existem alguns cuidados a ter. Esses cuidados relacionam-se com a colocação de díodos em paralelo (bypass) e de díodos de bloqueio (fileira) (Garrido, 2010).
No caso de as células ou módulos estarem associados em série é necessário colocar díodos de bypass em paralelo, como se pode observar na Figura 3.2. Assim quando existe algum defeito a corrente produzida pelo restante conjunto é desviada pelo díodo, evitando que todo o conjunto pare de funcionar (Garrido, 2010).
Figura 3.2: Ligação de díodos bypass (Garrido, 2010)
No caso de duas ou mais fileiras de células ou módulos, é necessário colocar díodos de bloqueio por cada fileira. Em caso de defeito, estes díodos evitam que ocorram curto-circuitos,
correntes inversas ou potenciais diferentes. A ligação dos díodos de bloqueio pode ser obser- vada pela Figura 3.3 (Garrido, 2010).
Figura 3.3: Ligação dos díodos de bloqueio (Garrido, 2010)