Célula fotovoltaica: conheça o que é, como ela funciona, tipos e importância

A célula fotovoltaica é um dispositivo semicondutor capaz de converter a luz solar diretamente em energia elétrica.

Assim, ela é o elemento fundamental dos painéis solares fotovoltaicos, sendo responsável por iniciar o processo de geração de energia limpa. Quando exposta à luz, a célula gera uma corrente elétrica a partir do movimento de elétrons em seu interior. 

Essa tecnologia tem se consolidado como uma das principais alternativas sustentáveis para produção de eletricidade. Neste artigo, apresentamos as principais informações sobre o item e como pode ser importante para seu projeto.

Como funciona uma célula fotovoltaica?

Uma célula fotovoltaica é composta por camadas de materiais semicondutores, geralmente silício. Essas camadas têm propriedades específicas que permitem a conversão da luz solar em energia elétrica, seguindo as etapas abaixo.

1. Absorção da luz: a luz solar incide sobre a célula e é absorvida pelo semicondutor;
2. Liberação de elétrons: a energia da luz solar desprende elétrons dos átomos presentes na camada semicondutora;
3. Movimento dos elétrons: o campo elétrico gerado entre as camadas da célula impulsiona os elétrons livres, gerando uma corrente elétrica;
4. Conexão em série: como cada célula individual gera uma tensão baixa (em torno de 0,5 V), elas são conectadas em série para compor módulos e painéis capazes de abastecer aparelhos e sistemas inteiros.

Efeito fotovoltaico x efeito fotoelétrico

Ambos são formas de conversão de energia solar em eletricidade. Porém, se diferenciam em termos de funcionamento e nas aplicações. 

O efeito fotoelétrico é a emissão de elétrons que ocorre quando a luz incide sobre uma superfície (com comprimento de onda adequado), absorve fótons de luz e libera elétrons. Os elétrons são “jogados para fora”, sendo externalizados. 

É um efeito imediato, ocorre assim que a luz solar recai sobre o material. É usado em sensores de movimento, fotocélulas de iluminação pública, câmeras digitais etc.

O efeito fotovoltaico, por sua vez, cria a corrente elétrica por meio de uma tensão, deixando os elétrons contidos no material.

Eles se movimentam pelas células das placas solares. O formato e composição dos painéis são essenciais para causar o efeito fotovoltaico, que gera o potencial elétrico.

Tipos de células fotovoltaicas

Existem diferentes tipos de células fotovoltaicas disponíveis no mercado, cada uma com suas características e aplicações específicas.

A eficiência é um dos fatores mais relevantes ao escolher uma célula fotovoltaica. Ela determina quanta energia solar é convertida em eletricidade. Os tipos de células variam conforme o material utilizado e a geração da tecnologia.

Células solares de 1ª geração — silício cristalino (c-SI)

Essas células surgiram com a consolidação do uso do silício na indústria eletrônica. São duráveis, estáveis e amplamente utilizadas.

Célula de silício policristalino (multi-Si)

As células de silício policristalino são formadas por múltiplos cristais de silício. São conhecidas pelo preço mais acessível, sendo uma opção popular para sistemas residenciais e industriais, além de ser comum também em usinas solares.

Essas células têm custo mais baixo de produção, mas uma eficiência ligeiramente menor: entre 13% e 18%.

Células de silício monocristalino (mono-Si)

Neste caso, as células são feitas a partir de um único cristal de silício, o que as torna mais eficientes e duráveis. Também são uma opção comum, como o tipo anterior.

Elas têm um custo inicial mais alto, mas a alta eficiência pode resultar em um retorno mais rápido sobre o investimento. Estruturalmente, têm os cantos cortados em forma de octógono.

Apresentam eficiência entre 18% e 21%. São mais caras, mas oferecem melhor desempenho em menor espaço.

Células solares de 2ª geração — filme fino (thin-film)

São uma alternativa leve e flexível às células de silício, feitas pela composição de camadas finas de material fotovoltaico em superfícies.

Têm uma conversão baixa, mas são uma boa opção para dispositivos pequenos, como calculadoras.

As tecnologias de filme fino mais utilizadas são silício amorfo (a-Si), seleneto de cobre, gálio, índio (CIGS) e telureto de cádmio (CdTe).

Essas células utilizam menos material semicondutor, permitindo maior flexibilidade e leveza. Têm eficiência menor, geralmente entre 6% e 13%, embora algumas tecnologias, como as células de telureto de cádmio, possam atingir até 16%.

Célula fotovoltaica de seleneto de cobre índio (CIS)

Células CIS têm boa performance em baixa iluminação e temperaturas elevadas. A eficiência gira em torno de 12% a 14%.

Seleneto de cobre, índio e gálio (CIGS)

Essas células, conhecidas como CIGS, são compostas por uma combinação dos elementos cobre, índio e gálio. 

Oferecem boa eficiência em comparação com outras tecnologias de filme fino e são ideais para aplicações onde a flexibilidade é importante.

Mais eficiente que a CIS, a CIGS alcança entre 10% a 12%. É bastante usada em superfícies flexíveis.

Silício amorfo (a-Si)

O silício amorfo é uma forma não cristalina utilizada em células de filme fino. Embora tenha eficiência inferior, é versátil e pode ser uma escolha interessante em alguns casos.

É um tipo aplicado em pequena escala. Sua produtividade de energia elétrica é baixa, então é comum ser produzida por empilhamento (com camadas conjugadas, a fim de aumentar sua eficiência).

Tem menor custo e baixa eficiência, em torno de 6% a 9%, sendo usada em pequenos dispositivos como calculadoras.

Telureto de cádmio (CdTe)

Usada em placas solares de película fina, têm excelente custo-benefício, mas é importante ressaltar que o cádmio é um metal pesado tóxico.

Com eficiência de cerca de 9% a 16%, são competitivas em custo, mas levantam preocupações ambientais pelo uso de cádmio.

Arseneto de gálio (GaAs)

Tem um valor de aquisição elevado, devido a sua alta eficiência. É destinado à indústria espacial, como em satélites, por exemplo.

Sua eficiência chega a 28%, com excelente desempenho e boa resistência a radiações.

Células solares de 3ª geração

Surgem da busca por novas soluções com materiais orgânicos e nanomateriais. Ainda estão em desenvolvimento, mas prometem maior acessibilidade e eficiências variadas.

Célula fotovoltaica orgânica (OPV) 

Com estrutura flexível e leve, têm eficiência média entre 10% e 13%. São promissoras para aplicações urbanas e wearables, como os smartwatches.

Célula fotovoltaica híbrida (HJT — Heterojunção) 

Combina materiais de silício cristalino e filmes finos, alcançando eficiências superiores a 23%. É uma das mais promissoras tecnologicamente.

Qual a importância das células fotovoltaicas?

As células fotovoltaicas são essenciais para a transição energética global. Isso porque elas permitem a geração descentralizada de energia, reduzem as emissões de gases de efeito estufa e diminuem a dependência de fontes não renováveis.

Outro ponto positivo é o fato de elas contribuírem para a segurança energética, democratização do acesso à energia e redução da conta de luz para residências e empresas.

Qual a eficiência das células fotovoltaicas? 

A eficiência é a porcentagem de energia solar convertida em eletricidade. Ela depende do material, tecnologia empregada, temperatura e ângulo de incidência da luz. Os fatores que afetam a eficiência são:

• tipo de material semicondutor;
• temperatura ambiente;
• inclinação e orientação do módulo;
• nível de radiação solar disponível.

No entanto, como panorama de eficiências típicas, podemos considerar, por exemplo:

• silício monocristalino — 18% a 21%;
• silício policristalino — 13% a 18%;
• thin-film (CdTe, CIGS) — 10% a 16%;
• OPV — 10% a 13%;
• HJT — acima de 23%.

Em laboratório, células chegam a mais de 30% de eficiência. Porém, fatores como custo, durabilidade e aplicação também devem ser considerados na escolha de um sistema.

Quanto gera uma célula fotovoltaica?

Uma célula individual gera cerca de 1 a 2 watts. Por esse motivo, elas são agrupadas em módulos para alcançar potências práticas para residências e empresas.

Por exemplo, um painel solar de 330 W pode conter até 72 células conectadas em série.

Quanto custa células fotovoltaicas?

O custo varia conforme o tipo de tecnologia, volume comprado, localização e impostos. Em geral, as células individuais têm custo baixo, mas o sistema completo demanda um investimento maior.

Entre os fatores que impactam o valor, podemos destacar:

• tipo de célula (mono-Si, CIGS, etc.);
• fabricante e qualidade;
• escala de produção;
• incentivos e impostos locais.

Aplicações das células fotovoltaicas

As células fotovoltaicas estão presentes em diversas soluções tecnológicas, indo muito além das usinas solares, como as telhas solares.

Sua versatilidade permite aplicações em áreas remotas, sistemas móveis e até mesmo em ambientes espaciais, demonstrando seu potencial como fonte de energia limpa e autônoma. Confira abaixo os exemplos de aplicações e suas vantagens.

• satélites e naves espaciais — alta eficiência e resistência às condições extremas;
• barcos e motorhomes — autonomia energética e mobilidade em locais sem rede elétrica;
• iluminação remota — baixo custo e autossuficiência em regiões sem infraestrutura;
• indústrias — para atender suas demandas, utilizando, muitas vezes, telhados ou terrenos ociosos para instalar painéis solares;
• sistemas de irrigação — promovendo a eficiência energética e a sustentabilidade;
• carregamento de dispositivos eletrônicos — células menores são frequentemente usadas em dispositivos portáteis;
• iluminação pública — uma solução sustentável e econômica para levar luz para ruas, praças, campos etc;
• transporte público — promovendo uma mobilidade sustentável.

Impacto ambiental causado pela célula fotovoltaica 

A energia solar é, em essência, uma tecnologia sustentável de baixo impacto ambiental. Mas vale lembrar de que a fabricação de uma célula solar requer o uso de produtos químicos, então o controle durante sua produção é muito rigoroso. 

Assim sendo, elas são produzidas em ambiente controlado, com tratamento de todos os resíduos, resultando em um processo seguro, tanto para as pessoas quanto para a Terra.

Perigos da célula fotovoltaica caseira

Apesar de todos os benefícios, é importante ter atenção a essa questão. Usar células caseiras pode parecer uma solução econômica e criativa, mas envolve riscos realmente significativos.

Sem os devidos componentes de segurança e a engenharia adequada, esses sistemas podem resultar em choques elétricos, superaquecimento e incêndios.

Sendo assim, para garantir a segurança da instalação e a eficiência do sistema, o ideal é contar com fornecedores confiáveis como a Aldo Solar. Dessa maneira, você terá acesso a soluções completas, certificadas e com suporte técnico especializado.

Assim, é possível usufruir de todos os benefícios da energia solar sem colocar em risco o imóvel ou as pessoas envolvidas.

Vantagens da energia solar fotovoltaica

A aplicação da energia solar fotovoltaica traz diversos benefícios, tanto para consumidores residenciais quanto para consumidores empresariais. 

Essa fonte limpa e renovável tem ganhado destaque por sua eficiência, sustentabilidade e capacidade de gerar economia a longo prazo.

• Redução da conta de luz: com um sistema bem dimensionado, é possível obter economia de até 95% na fatura de energia elétrica;
• Fonte limpa e renovável: a geração de eletricidade a partir do sol não emite gases poluentes, contribuindo para a preservação ambiental;
• Baixa manutenção: os sistemas fotovoltaicos exigem pouca manutenção, com vida útil média de 25 anos ou mais;
• Valorização do imóvel: imóveis com energia solar instalada se tornam mais atrativos no mercado, agregando valor à propriedade;
• Retorno financeiro: o investimento inicial se paga em poucos anos, proporcionando economia contínua por décadas.

A Aldo Solar oferece soluções completas para quem deseja adotar a energia solar, com kits prontos para instalação, suporte técnico e tecnologias de ponta que garantem maior eficiência e confiabilidade.

Como implementar energia solar fotovoltaica no seu negócio ou residência?

Antes de instalar um sistema fotovoltaico, é essencial realizar um projeto personalizado, que considere o consumo, área disponível e perfil de uso. Para tanto, é importante seguir os passos destacados abaixo.

1. Avaliação do local

Analisa-se a irradiação solar e espaço físico.

2. Dimensionamento do sistema

Calcula-se o número de módulos e equipamentos necessários.

3. Escolha da tecnologia

Define-se o tipo de célula e os inversores mais adequados.

4. Instalação e conexão

O sistema é instalado e conectado à rede ou banco de baterias de armazenamento.

Vale destacar que o apoio profissional é fundamental nesse momento. A Aldo Solar acompanha todas essas etapas, com suporte técnico especializado.

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