Curso Profissional de Técnico de Energias Renováveis – Solar

Como Funciona a Célula Solar Fotovoltaica – Animação –

A animação seguinte mostra como uma célula solar, obtida a partir de um corte de um monocristal de silício, é capaz de converter a luz solar em electricidade.
A camada inferior é dopada com um material tipo P, por exemplo o alumínio, o Gálio ou o Índio, para produzir lacunas (círculos verdes).
A camada tipo N é dopada com fósforo, arsénio ou antimónio para criara electrões livres/móveis (os pontos azuis).
A animação é composta por duas fases:
1. Fase escura (sem luz solar)
Inicialmente, não existe diferença de carga entre a barreira de potencial na junção das duas camadas. Contudo, devido à natureza cristalina do silício, os electrões que estão fora de um octeto estável na camada N têm uma tendência para migrar através da barreira/junção para formar um octeto estável na camada P. Quando isto acontece é criada uma diferença de potencial entre as duas camadas.
2. Fase Iluminada (com luz solar)
Os electrões são excitados quando os quanta de luz penetram na camada P. Os electrões excitados têm duas opções de movimento. Podem migrar através do circuito externo ou curto-circuitar esse caminho através da barreira de potencial/junção. Se o circuito fotoeléctrico for construído correctamente eles encontrarão o seu caminho de regresso para a camada N através do circuito externo.

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Soldadura das Células Solares

A maioria das células disponíveis comercialmente são projectadas para ter contactos e fios soldadas nelas.
Para além disso muitos fabricantes estanham, ou cobrem com solda, os pontos de contacto onde os fios devem ser ligados.
Solda normal (60% estanho e 40% de chumbo)pode ser usada.
Quanto ao ferro de soldar, um pequeno ferro do tipo lápis, de cerca de 35 a 40W é o suficiente.
O processo de soldar as peças de cobre à célula não é difícil, mas “Faça o seu LOGIN para ver o resto deste post”

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Medições Corrente – Tensão

Todas as células solares de silício disponíveis comercialmente produzem aproximadamente a mesma tensão eléctrica.
Mesmo para células relativamente ineficientes, a tensão em circuito aberto deverá ser acima dos 0.5 V e abaixo dos 0.6 V, debaixo de iluminação directa do Sol.
Com iluminação reduzida, a tensão de circuito aberto descerá para cerca de 0.3 V.
Se uma célula não atingir estes valores, provavelmente estará em curto-circuito.
Deverá então examinar visualmente a célula com muito cuidado para ver se encontra um defeito óbvio. Se o curto-circuito for interno, não poderá ser reparado.
O valor da corrente de saída de uma célula solar está directamente relacionado com a área da célula e a intensidade da luz a que está sujeita, para além da qualidade da célula, e é uma característica que é determinante para decidir se devemos usar ou não essa célula na construção do módulo, pois a corrente máxima que o módulo pode fornecer é igual à corrente máxima que a pior das células pode fornecer. Isto porque são ligadas em série no módulo.
Para saber a corrente aproximada que deve ser medida, e assim decidir se está boa ou não, meça a área da célula em centímetros quadrados e multiplique esse valor por 21. Depois meça o valor da corrente e veja se está perto do valor encontrado.
Outra solução é ter uma célula que sabe de certeza estar boa, medir a sua corrente máxima, que depois servirá de bitola para as células a testar.

Como Ligar as Células

As células solares podem ser ligadas a um circuito externo de várias maneiras.
Podem ser colocadas num suporte com contactos de mola que pressionam a parte da frente e a de trás; as conexões podem ser soldadas; mas a maneira mais comum de ligar células solares é soldando fios condutores nelas.
As células podem ser compradas com valores de corrente até 2.5A, mas as tensões que produzem são muito pequenas.
Assim, a única finalidade de ligarmos/juntarmos várias células num módulo é a de aumentar a tensão ou corrente disponíveis numa célula individual.
Habitualmente, a célula é projectada para poder entregar a corrente desejada, e assim ligamos várias células em série para produzir a tensão desejada.
Devemos sempre usar também um díodo de bloqueio para ligar o módulo à bateria, de modo a impedir que a corrente flua para trás, isto é, da bateria para o módulo, de noite ou quando o módulo tenha uma menor tensão que a bateria (períodos nublados). Se colocar um díodo em série com cada módulo ainda é melhor, pois a varia de um módulo não impede que os outros continuem a operar.

Os vários modos de ligar as células solares em série

– Na primeira (shingling) a parte traseira de uma célula é colocada por cima da parte dianteira da célula seguinte, em cerca de 1mm, e depois soldadas. O padrão de dedos é desenhado com uma tira própria para soldar num dos lados. Contudo, a expansão e contracção que ocorrem com a temperatura, para além de qualquer flexão do módulo, faz com que a zona de junção soldada se parta facilmente, implicando a falha da célula;
– A mais comum é a segunda, usando fios ligadores feitos de folha de cobre.
É a que vamos usar.
É muito fácil preparar esses fios de ligação, como se pode ver na figura seguinte:

A folha de cobre deve ser muito fina (0.002 polegadas ou 50 microns) de forma a permitir ligações flexíveis.
Estas fitas são muito fáceis de cortar a partir de uma folha maior.
O tamanho e forma exactas das tiras dependem do padrão dos dedos da célula, mas é melhor deixar 1 a 2mm de espaço entre as células.
Também é recomendável colocar 2 ou 3 tiras em paralelo entre cada célula de forma a fazer contactos redundantes. Assim, o módulo não falhará se uma ou duas soldaduras se partirem.
Veja a figura seguinte

Recomenda-se ainda que finos, preferencialmente plissados, tiras de cobre sejam soldadas a todo o comprimento das bandas largas. Estas fitas devem ir até, pelo menos, metade da parte traseira da célula seguinte, para melhorar a resistência a choques e torções.

Em vez de tiras de cobre, é também possível usar fio de cobre de pequeno diâmetro, para fazer as ligações.
As ligações dos fios devem ser feitas de modo a que fiquem com uma ligeira curvatura quando as células são colocadas na posição final, de forma a permitir a expansão e contracção térmica que ocorrerá sempre devido ás oscilações de temperatura.

[continua…]