A eficiência de um sistema fotovoltaico é a medição de quanto da energia solar disponível uma célula solar converte em energia elétrica. A maioria das células solares de silício típicas tem uma eficiência máxima de cerca de 15 por cento. No entanto, mesmo um sistema solar com eficiência de 15 por cento pode fornecer energia a uma casa média de forma econômica.
De onde vem a energia?
A energia da luz solar vem em pacotes chamados fótons. Esses fótons carregam uma quantidade específica de energia dependendo de seu comprimento de onda. À medida que o comprimento de onda diminui, a energia de um fóton aumenta. Esses fótons excitam os elétrons na célula solar, o que faz com que eles fluam através do circuito, criando corrente elétrica. Para liberar um elétron no silício, um fóton precisa de pelo menos 1,1 elétron-volts de energia. Um elétron volt é a quantidade de energia necessária para mover um elétron através de uma diferença de potencial de um volt. Se um fóton tiver mais de 1,1 elétron-volts, um elétron se moverá pelo circuito, mas o excesso de energia será liberado como calor. Esta é uma das razões pelas quais as células solares têm uma eficiência tão baixa; eles só precisam de uma quantidade muito específica de energia para funcionar.
Quanta energia o sol fornece?
O Sol fornece uma quantidade diferente de energia dependendo de onde você está na Terra e de onde está no céu. Os painéis solares são normalmente avaliados assumindo as condições padrão conhecidas como AM1.5. Isso significa massa de ar 1.5, que é a condição de teste aceita para painéis solares. Em AM1.5, o sol fornece 1.000 watts por metro quadrado. No entanto, a energia solar real disponível varia com a localização, as condições climáticas e a hora do dia.
Que porcentagem da energia solar as células solares podem usar?
Para entender o poder do sol, usamos um modelo de radiação chamado espectro de corpo negro. O espectro do corpo negro nos diz a distribuição de energia dos objetos em diferentes comprimentos de onda. Com base no espectro de um corpo negro, 23% da energia do sol tem um comprimento de onda muito longo para ser útil aos painéis solares. Esses fótons simplesmente passarão pela célula. Outros comprimentos de onda têm algum excesso de energia. Na verdade, outros 33% da energia do sol é excesso de energia, também inutilizável para células solares de silício. Portanto, isso deixa apenas 44 por cento da energia do sol disponível para as células solares de silício. Mais dessa energia é perdida devido à reflexão e outros processos na própria célula. Conseqüentemente, embora a eficiência máxima teórica possa ser mais alta, a eficiência real das células de silício é geralmente em torno de 15%.
Como aumentamos a eficiência do painel?
Para aumentar a eficiência dos painéis solares, podemos melhorar e diversificar os materiais que usamos para fabricá-los. Materiais diferentes requerem uma quantidade diferente de energia de fóton para produzir corrente. Portanto, os painéis híbridos podem abranger uma série de diferentes valores de elétron-volt para maximizar a energia capturada. Um problema com essa abordagem é o custo de fabricação. O painel solar padrão é feito de silício, que é amplamente disponível e bem conhecido. À medida que os materiais usados nos painéis solares se tornam mais raros e especializados, o custo de fabricação aumenta. Portanto, um aumento na eficiência acarreta um aumento no custo.
