Células solares bifaciais com tecnologia tipo N – Imagem: Xpert.Digital Jak76|Shutterstock.com
Uma célula solar bifacial (BSC) é uma célula fotovoltaica que pode gerar energia elétrica quando iluminada por ambos os lados, ou seja, pela frente ou por trás. As células solares monofaciais, por outro lado, geram energia elétrica apenas quando os fótons incidem sobre sua superfície frontal. A eficiência das células solares bifaciais, definida como a razão entre a potência da luz incidente e a potência elétrica gerada, é medida independentemente para as superfícies frontal e traseira sob a incidência de um ou mais sóis (1 sol = 1000 W/m²). O fator de bifacialidade (%) é definido como a razão entre a eficiência da superfície traseira e a eficiência da superfície frontal sob a mesma irradiância.
As células solares bifaciais foram inventadas e fabricadas pela primeira vez no final da década de 1970 para aplicações espaciais e terrestres, consolidando-se como a tecnologia padrão para células solares na década de 2010. É previsível que elas continuem sendo a principal abordagem para a fabricação de células solares até 2030.
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Como funcionam as células solares bifaciais
A grande maioria das células solares atuais é feita de silício. O silício é um semicondutor e, como tal, seus elétrons mais externos residem em um intervalo de energia chamado banda de valência, preenchendo completamente os níveis de energia dessa banda. Acima dessa banda de valência, encontra-se uma banda proibida, ou gap de energia, onde nenhum elétron pode existir, e mais acima está a banda de condução. Essa banda de condução é quase vazia de elétrons, mas é onde os elétrons da banda de valência são colocados após serem excitados pela absorção de fótons. Esses elétrons possuem mais energia do que os elétrons comuns do semicondutor. A condutividade elétrica do silício descrito até agora, conhecido como silício intrínseco, é extremamente baixa. Uma pequena impureza com átomos de fósforo introduz elétrons adicionais na banda de condução, tornando o silício do tipo n e conferindo-lhe uma condutividade que pode ser influenciada pela alteração da densidade dos átomos de fósforo. Alternativamente, impurezas como átomos de boro ou alumínio podem fazer com que o silício se torne do tipo p, exibindo uma condutividade que também pode ser influenciada. Esses átomos de impureza aceitam elétrons da banda de valência, deixando para trás os chamados "buracos" que se comportam como cargas positivas virtuais. As células solares de silício são tipicamente dopadas com boro, fazendo com que se comportem como um semicondutor do tipo p, e possuem uma estreita região superficial do tipo n (~0,5 micrômetros). Entre essas duas regiões, forma-se a junção pn, gerando um campo elétrico que separa elétrons e buracos, direcionando os elétrons para a superfície e os buracos para o interior. Isso cria uma fotocorrente, que é conduzida através de contatos metálicos em ambos os lados. A luz emitida pela junção pn não é separada, e os pares elétron-buraco resultantes eventualmente se recombinam, não gerando, portanto, uma fotocorrente. Os papéis das regiões p e n na célula podem ser invertidos, como explicado aqui.
Assim, uma célula solar monofacial gera fotocorrente somente quando a superfície onde a transição foi formada é iluminada.
Em contraste, uma célula solar bifacial é projetada de forma que a célula seja ativa em ambos os lados e gere fotocorrente quando um dos dois lados – frontal ou traseiro – é iluminado.
As principais vantagens das células solares biplanares
Ganhos adicionais na geração de energia: Comparadas às células solares do tipo P, as células solares do tipo N tendem a aumentar significativamente a eficiência. As células solares bifaciais, com sua capacidade de geração bifacial e maior eficiência do sistema, terão uma perspectiva de aplicação mais ampla e são particularmente adequadas para áreas com fortes nevascas e sistemas de geração distribuída, como telhados, cercas e barreiras acústicas.
A eficiência da parte traseira da célula pode atingir mais de 19%, e os feixes de luz incidentes na parte traseira podem ser usados para melhorar a capacidade de geração do sistema, com um aumento de capacidade por unidade de área de até 10% a 30%.
O módulo de vidro com tecnologia de células bifaciais capta luz tanto na parte frontal quanto na traseira. O aumento da captação de luz melhora a eficiência do módulo. É possível atingir até 360 Wp de potência total através da parte traseira ativa do módulo (290 Wp somente na parte frontal / 320–360 Wp no total).
O ganho de eficiência depende da situação da radiação (atmosfera e radiação de fundo).
Exemplo de sistema montado no solo com módulos solares bifaciais
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