Os painéis solares geram uma alta tensão, mas uma baixa corrente devido às características inerentes das células fotovoltaicas (PV) e à física dos materiais semicondutores. Para compreender este fenómeno, é essencial aprofundar-se nos princípios de funcionamento dos painéis solares e nos fatores que influenciam a sua produção elétrica.
- Efeito Fotovoltaico:
- Os painéis solares funcionam com base no princípio do efeito fotovoltaico, onde materiais semicondutores, normalmente o silício, geram uma corrente eléctrica em resposta à absorção de fotões da luz solar. Quando os fótons atingem o material semicondutor, eles excitam os elétrons, criando pares elétron-buraco.
- Conexão em série de células:
- Os painéis solares são construídos conectando várias células fotovoltaicas em série para formar um módulo. Numa ligação em série, as tensões das células individuais somam-se, resultando numa tensão global mais elevada para todo o painel. Cada célula fotovoltaica gera uma certa tensão dependendo das propriedades do material e do design.
- Tensão proporcional à intensidade da luz:
- A tensão produzida por uma célula fotovoltaica é proporcional à intensidade da luz solar. À medida que a intensidade da luz solar aumenta, mais fótons atingem o material semicondutor, levando a uma saída de tensão mais alta. Essa característica é essencial para maximizar a geração de energia sob diversas condições de iluminação.
- Limitações atuais de materiais semicondutores:
- Os materiais semicondutores, embora eficientes na geração de tensão em resposta à luz, têm limitações no que diz respeito ao transporte de corrente. A mobilidade dos portadores de carga (elétrons e lacunas) em materiais semicondutores não é tão alta quanto em materiais condutores. Como resultado, a corrente gerada por cada célula individual é relativamente baixa.
- Perdas ôhmicas:
- A resistência do material semicondutor e de outros componentes do circuito do painel solar contribui para as perdas ôhmicas. À medida que a corrente aumenta, a queda de tensão na resistência interna também aumenta, levando a perdas de energia. Para minimizar essas perdas, os painéis solares são projetados para operar com correntes mais baixas e tensões mais altas.
- Perdas de energia na fiação:
- Quando os painéis solares são conectados em série para formar um conjunto, a fiação de interconexão entre os painéis contribui para perdas de energia. Correntes mais altas resultam em perdas resistivas mais altas na fiação. Ao projetar painéis solares para produzir tensões mais altas e correntes mais baixas, o impacto das perdas resistivas na fiação de interconexão é reduzido.
- Otimização de energia:
- Os painéis solares são frequentemente projetados para operar no ponto de potência máxima (MPP), onde o produto da tensão e da corrente é maximizado. Este ponto normalmente é alcançado ajustando o ponto de operação do painel solar para equilibrar o equilíbrio entre tensão e corrente, levando em consideração as diversas condições ambientais.
Em resumo, o projeto de painéis solares com alta tensão, mas baixa corrente de saída, é influenciado pelo efeito fotovoltaico, pela conexão em série das células, pelas características dos materiais semicondutores e pelas considerações para minimizar as perdas de energia. Esta escolha de design ajuda a otimizar a eficiência e o desempenho dos painéis solares sob diversas condições ambientais.
