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Desde que se começou a fabricação das primeiras células fotovoltaicas, em 1950, alguns diferentes tipos de tecnologias e materiais foram utilizados, como: silício cristalino, filmes finos de telureto de cádimo, disseleneto de cobre índio e gálio, silício amorfo hidrogenado e silício crescido em fitas. Atualmente, as células fabricadas a partir de lâminas de silício cristalino (monocristalino ou policristalino) representam mais de 80% da produção mundial e dominam o mercado devido sua alta eficiência e custo de produção (PINHO; GALDINO, 2014).
As células fotovoltaicas são formadas por materiais semicondutores, como o silício, dopadas em uma metade com impurezas doadoras de elétrons (dopantes tipo n), como o Fósforo, e na outra, impurezas aceitadoras de elétrons (dopantes tipo p), como o Boro. Na interface entre os dois tipos, o excesso de elétrons da região n se difunde para a região p e encontra as lacunas características do material semicondutor, criando uma região com carga elétrica positiva fixa do lado n e carga elétrica negativa fixa do lado p. O excesso de cargas positivas e negativas na junção das regiões p e n produz um campo elétrico que passa a impedir a movimentação dos elétrons, estabelecendo um equilíbrio e formando uma zona com cargas positivas e negativas, denominada zona de depleção. Uma placa, ou módulo, de energia solar fotovoltaica é constituída por um conjunto de células fotovoltaicas (PINHO; GALDINO, 2014).
A análise da curva I-V é fundamental para entender o funcionamento de uma célula ou gerador fotovoltaico, pois com ela é possível perceber os desvios causados pelas resistências em série e paralelo e obter parâmetros importantes.
A eficiência (η) de um módulo, ou uma célula, é obtida através da relação entre potência elétrica máxima gerada e irradiância solar. Nas condições padrões de teste (STC), onde G = 1.000 W/m², basta multiplicar este valor pela área do módulo, que inclui toda a estrutura com a moldura metálica, para encontrar a potência luminosa.
Segundo Prieb (2002, p. 13) “a resistência em série de uma célula fotovoltaica é constituída por 3 componentes: a) a resistências do silício, b) do contato entre o silício e metalização da célula, c) a própria resistência de metalização”. Ao considerar o módulo fotovoltaico por completo, Prieb (2002, p. 13) diz que “somam-se a estas a resistência dos condutores metálicos e a resistência dos bornes.”
Dado as características de cada módulo, a irradiação incidente sobre a superfície será determinante no tamanho da curva I-V, pois a corrente gerada no módulo fotovoltaico é proporcional à energia luminosa sobre ele. A corrente aumenta de forma linear com o aumento da irradiação, ao tempo que, a tensão varia de forma logarítmica, se, analisados à temperatura constante.
A temperatura, porém, também afeta a eficiência do módulo e, portanto, sua curva I-V. O aumento da temperatura da célula reduz o gap de energia do material semicondutor, aumentando levemente a corrente fotogerada. Todavia, o aumento de temperatura também aumenta a corrente de saturação, criada por excitação térmica, o que reduz a tensão de circuito aberto de forma mais acentuada do que o aumento da corrente fotogerada, ocasionando perda de potência.
Filipe B. Vieira é Engenheiro de Produção formado pela UFF, possui pós graduação em Clima, Água e Energia pela UENF e atualmente é mestrando em Engenharia de Produção e Sistemas Computacionais na UFF e nosso Coordenador de Projetos de Energia Solar Fotovoltaica aqui na Expresso Engenharia.