Tanto a Intel como a AMD já colocaram no mercado processadores que trabalham a 64 bits. Em poucos anos, esse tipo de chip será o padrão. Muita gente sabe que os modelos de 64 bits são melhores que os de 32 bits e este artigo se propõe a mostrar exatamente como e onde ocorre essas melhorias.
32 bits x 64 bits
Se você vai a uma loja de informática para comprar um computador, o vendedor pode lhe oferecer dois tipos: um com um processador de 64 bits e outro com um processador de 32 bits. "O de 64 bits é mais caro, porém é muito mais rápido e tem melhor desempenho", lhe diz o vendedor. Isso significa que seus jogos rodarão mais rápidos, assim como programas pesados, como AutoCad, Premiere, entre outros, não? Talvez. Vejamos o porquê.
Quando nos referimos a processadores de 16 bits, 32 bits ou 64 bits estamos falando dos bits internos do chip - em poucas palavras, isso representa a quantidade de dados e instruções que o processador consegue trabalhar por vez. Por exemplo, com 16 bits um processador pode manipular um número de valor até 65.535. Se certo número tem valor 100.000, ele terá que fazer a operação em duas partes. No entanto, se um chip trabalha a 32 bits, ele pode manipular números de valor até 4.294.967.296 em uma única operação.
Para calcular esse limite, basta fazer 2 elevado à quantidade de bits internos do processador. Então, qual o limite de um processador de 64 bits? Vamos à conta:
2^64 = 1.84467441 × 10^19
Um valor extremamente alto!
Agora, suponha que você esteja utilizando um editor de textos. É improvável que esse programa chegue a utilizar valores grandes em suas operações. Neste caso, qual a diferença entre utilizar um processador de 32 bits ou 64 bits, sendo que o primeiro será suficiente? Como o editor utiliza valores suportáveis tanto pelos chips de 32 bits quanto pelos de 64 bits, as instruções relacionadas serão processadas ao mesmo tempo (considerando que ambos os chips tenham o mesmo clock).
Por outro lado, aplicações em 3D ou programas como AutoCad requerem boa capacidade para cálculo e aí um processador de 64 bits pode fazer diferença. Suponha que determinadas operações utilizem valores superiores a 4.294.967.296. Um processador de 32 bits terá que realizar cada etapa em duas vezes ou mais, dependendo do valor usado no cálculo. Todavia, um processador de 64 bits fará esse trabalho uma única vez em cada operação.
No entanto, há outros fatores a serem considerados. Um deles é o sistema operacional (SO). O funcionamento do computador está diretamente ligado à relação entre o sistema operacional e o hardware como um todo. O SO é desenvolvido de forma a aproveitar o máximo de recursos da plataforma para o qual é destinado. Assim, o Windows XP ou uma distribuição Linux com um kernel desenvolvido antes do surgimento de processadores de 64 bits são preparados para trabalhar a 32 bits, mas não a 64 bits.
A influência do sistema operacional
Ao se colocar um sistema operacional de 32 bits para rodar em um computador com processador de 64 bits, o primeiro não se adaptará automaticamente e continuará mantendo sua forma de trabalho. Com isso, é necessário o desenvolvimento de sistemas operacionais capazes de rodar a 64 bits.
O Desenvolvimento ou a adaptação de um sistema operacional para trabalhar a 64 bits não é tão trivial assim. Na verdade, é necessário que o SO seja compatível com um processador ou com uma linha de processadores, já que pode haver diferenças entre os tipos existentes. Em outras palavras, o sistema operacional precisa ser compatível com chips da AMD ou com chips da Intel. Se possível, com os dois.
No caso do Windows XP, a Microsoft disponibilizou a versão "Professional x64", compatível com os processadores AMD Athlon 64, AMD Opteron, Intel Xeon (com instruções EM64T) e Intel Pentium 4 (com instruções EM64T). De acordo com a Microsoft, a principal diferença entre essa e as versões de 32 bits (além da compatibilidade com instruções de 64 bits) é o suporte de até 128 GB de memória RAM e 16 TB de memória virtual. Nada mais natural: se a aplicação para o qual o computador é utilizado manipula grande quantidade de dados e valores, de nada adianta ter processamento de 64 bits, mas pouca memória, já que, grossamente falando, os dados teriam que "formar fila" para serem inseridos na memória, comprometendo o desempenho.
O mesmo ocorre com o Linux. Se você visitar o site de alguma distribuição para baixar uma versão do sistema operacional, muito provavelmente encontrará links que apontam para diversas versões. O site do Ubuntu Linux, por exemplo, oferece links para processadores x86 (32 bits), Mac (chips PowerPC) e 64-bit (processadores AMD64 ou EM64T).
Você pode ter se perguntado se é possível utilizar um sistema operacional de 32 bits com um processador de 64 bits e migrar o primeiro para uma versão adequada futuramente. Depende. O processador Intel Itanium é apelidado por alguns de "puro sangue", já que só executa aplicações de 64 bits. Assim, uma versão de 32 bits de um sistema operacional não roda nele. Por outro lado, processadores Athlon 64 são capazes de trabalhar tanto com aplicações de 32 bits quanto de 64 bits, o que o torna interessante para quem pretende usar um SO de 32 bits inicialmente e uma versão de 64 bits no futuro.
AMD64 e EM64T
Ao serem citadas anteriormente, você pode ter se perguntado o que significa as siglas AMD64 e EM64T:
AMD64: originalmente chamado de x86-64, AMD64 (ou AMD64 ISA - Instruction Set Architecture) é o nome da tecnologia de 64 bits desenvolvida pela AMD. Um de seus destaques é o suporte às instruções de 32 bits (Legacy Mode);
EM64T: sigla para Extended Memory 64-bit Technology, o EM64T é tido como a interpretação do AMD64 feita pela Intel. Devido a isso, recebeu de alguns a denominação iADMD64 (o "i" faz referência à primeira letra do nome da Intel).
21 de junho de 2008
ENERGIA SOLAR - Princípios e Aplicações
Introdução
O aproveitamento da energia gerada pelo Sol, inesgotável na escala terrestre de tempo, tanto como fonte de calor quanto de luz, é hoje, sem sombra de dúvidas, uma das alternativas energéticas mais promissoras para enfrentarmos os desafios do novo milênio. E quando se fala em energia, deve-se lembrar que o Sol é responsável pela origem de praticamente todas as outras fontes de energia. Em outras palavras, as fontes de energia são, em última instância, derivadas da energia do Sol.
É a partir da energia do Sol que se dá a evaporação, origem do ciclo das águas, que possibilita o represamento e a conseqüente geração de eletricidade (hidroeletricidade). A radiação solar também induz a circulação atmosférica em larga escala, causando os ventos. Petróleo, carvão e gás natural foram gerados a partir de resíduos de plantas e animais que, originalmente, obtiveram a energia necessária ao seu desenvolvimento, da radiação solar.
Algumas formas de utilização da energia solar são apresentadas a seguir.
Energia Solar Fototérmica
Nesse caso, estamos interessados na quantidade de energia que um determinado corpo é capaz de absorver, sob a forma de calor, a partir da radiação solar incidente no mesmo. A utilização dessa forma de energia implica saber captá-la e armazená-la. Os equipamentos mais difundidos com o objetivo específico de se utilizar a energia solar fototérmica são conhecidos como coletores solares
Os coletores solares são aquecedores de fluidos (líquidos ou gasosos) e são classificados em coletores concentradores e coletores planos em função da existência ou não de dispositivos de concentração da radiação solar. O fluido aquecido é mantido em reservatórios termicamente isolados até o seu uso final (água aquecida para banho, ar quente para secagem de grãos, gases para acionamento de turbinas, etc.).
Os coletores solares planos são, hoje, largamente utilizados para aquecimento de água em residências, hospitais, hotéis, etc. devido ao conforto proporcionado e a redução do consumo de energia elétrica.
Arquitetura Bioclimática
Chama-se arquitetura bioclimática o estudo que visa harmonizar as construções ao clima e características locais, pensando no homem que habitará ou trabalhará nelas, e tirando partido da energia solar, através de correntes convectivas naturais e de microclimas criados por vegetação apropriada. É a adoção de soluções arquitetônicas e urbanísticas adaptadas às condições específicas (clima e hábitos de consumo) de cada lugar, utilizando, para isso, a energia que pode ser diretamente obtida das condições locais.
A arquitetura bioclimática não se restringe a características arquitetônicas adequadas. Preocupa-se, também, com o desenvolvimento de equipamentos e sistemas que são necessários ao uso da edificação (aquecimento de água, circulação de ar e de água, iluminação, conservação de alimentos, etc.) e com o uso de materiais de conteúdo energético tão baixo quanto possível.
Energia Solar Fotovoltaica
A Energia Solar Fotovoltaica é a energia obtida através da conversão direta da luz em eletricidade (Efeito Fotovoltaico). O efeito fotovoltaico, relatado por Edmond Becquerel, em 1839, é o aparecimento de uma diferença de potencial nos extremos de uma estrutura de material semicondutor, produzida pela absorção da luz. A célula fotovoltaica é a unidade fundamental do processo de conversão.
Inicialmente o desenvolvimento da tecnologia apoiou-se na busca, por empresas do setor de telecomunicações, de fontes de energia para sistemas instalados em localidades remotas. O segundo agente impulsionador foi a "corrida espacial". A célula solar era, e continua sendo, o meio mais adequado (menor custo e peso) para fornecer a quantidade de energia necessária para longos períodos de permanência no espaço. Outro uso espacial que impulsionou o desenvolvimento das células solares foi a necessidade de energia para satélites.
A crise energética de 1973 renovou e ampliou o interesse em aplicações terrestres. Porém, para tornar economicamente viável essa forma de conversão de energia, seria necessário, naquele momento, reduzir em até 100 vezes o custo de produção das células solares em relação ao daquelas células usadas em explorações espaciais. Modificou-se, também, o perfil das empresas envolvidas no setor. Nos Estados Unidos, as empresas de petróleo resolveram diversificar seus investimentos, englobando a produção de energia a partir da radiação solar.
Em 1993 a produção de células fotovoltaicas atingiu a marca de 60 MWp, sendo o Silício quase absoluto no "ranking" dos materiais utilizados. O Silício, segundo elemento mais abundante no globo terrestre, tem sido explorado sob diversas formas: monocristalino, policristalino e amorfo. No entanto, a busca de materiais alternativos é intensa e concentra-se na área de filmes finos, onde o silício amorfo se enquadra. Células de filmes finos, além de utilizarem menor quantidade de material do que as que apresentam estruturas cristalinas, requerem uma menor quantidade de energia no seu processo de fabricação. Ou seja, possuem uma maior eficiência energética.
Radiação Solar
O Sol fornece anualmente, para a atmosfera terrestre, 1,5 x 1018 kWh de energia . Trata-se de um valor considerável, correspondendo a 10000 vezes o consumo mundial de energia neste período. Este fato vem indicar que, além de ser responsável pela manutenção da vida na Terra, a radiação solar constitui-se numa inesgotável fonte energética, havendo um enorme potencial de utilização por meio de sistemas de captação e conversão em outra forma de energia (térmica, elétrica, etc.).
Uma das possíveis formas de conversão da energia solar é conseguida através do efeito fotovoltaico que ocorre em dispositivos conhecidos como células fotovoltaicas. Estas células são componentes optoeletrônicos que convertem diretamente a radiação solar em eletricidade. São basicamente constituídas de materiais semicondutores, sendo o silício o material mais empregado.
Radiação Solar: Captação e Conversão
O nosso planeta, em seu movimento anual em torno do Sol, descreve em trajetória elíptica um plano que é inclinado de aproximadamente 23,5o com relação ao plano equatorial. Esta inclinação é responsável pela variação da elevação do Sol no horizonte em relação à mesma hora, ao longo dos dias, dando origem às estações do ano e dificultando os cálculos da posição do Sol para uma determinada data, como pode ser visto na figura .
A posição angular do Sol, ao meio dia solar, em relação ao plano do Equador (Norte positivo) é chamada de Declinação Solar (d ). Este ângulo, que pode ser visto na figura 2.1.1, varia, de acordo com o dia do ano, dentro dos seguintes limites:
-23,45° £ d £ 23,45°
A soma da declinação com a latitude local determina a trajetória do movimento aparente do Sol para um determinado dia em uma dada localidade na Terra.
Figura 2.1 - Órbita da Terra em torno do Sol, com seu eixo N-S inclinado de um ângulo de 23,5o.
A radiação solar que atinge o topo da atmosfera terrestre provém da região da fotosfera solar que é uma camada tênue com aproximadamente 300 km de espessura e temperatura superficial da ordem de 5800 K. Porém, esta radiação não se apresenta como um modelo de regularidade, pois há a influência das camadas externas do Sol (cromosfera e coroa), com pontos quentes e frios, erupções cromosféricas, etc..
Apesar disto, pode-se definir um valor médio para o nível de radiação solar incidente normalmente sobre uma superfície situada no topo da atmosfera. Dados recentes da WMO (World Meteorological Organization) indicam um valor médio de 1367 W/m2 para a radiação extraterrestre. Fórmulas matemáticas permitem o cálculo, a partir da "Constante Solar", da radiação extraterrestre ao longo do ano, fazendo a correção pela órbita elíptica.
A radiação solar é radiação eletromagnética que se propaga a uma velocidade de 300.000 km/s, podendo-se observar aspectos ondulatórios e corpusculares. Em termos de comprimentos de onda, a radiação solar ocupa a faixa espectral de 0,1mm a 5mm, tendo uma máxima densidade espectral em 0,5mm, que é a luz verde.
É através da teoria ondulatória, que são definidas para os diversos meios materiais, as propriedades na faixa solar de absorção e reflexão e, na faixa de 0,75 a 100mm, correspondente ao infra-vermelho, as propriedades de absorção, reflexão e emissão.
A energia solar incidente no meio material pode ser refletida, transmitida e absorvida. A parcela absorvida dá origem, conforme o meio material, aos processos de fotoconversão e termoconversão.
Radiação Solar a Nível do Solo
De toda a radiação solar que chega às camadas superiores da atmosfera, apenas uma fração atinge a superfície terrestre, devido à reflexão e absorção dos raios solares pela atmosfera. Esta fração que atinge o solo é constituída por um componente direta (ou de feixe) e por uma componente difusa.
Notadamente, se a superfície receptora estiver inclinada com relação à horizontal, haverá uma terceira componente refletida pelo ambiente do entorno (solo, vegetação, obstáculos, terrenos rochosos, etc.). O coeficiente de reflexão destas superfícies é denominado de "albedo".
Antes de atingir o solo, as características da radiação solar (intensidade, distribuição espectral e angular) são afetadas por interações com a atmosfera devido aos efeitos de absorção e espalhamento. Estas modificações são dependentes da espessura da camada atmosférica, também identificada por um coeficiente denominado "Massa de Ar" (AM), e, portanto, do ângulo Zenital do Sol, da distância Terra-Sol e das condições atmosféricas e meteorológicas.
Devido à alternância de dias e noites, das estações do ano e períodos de passagem de nuvens e chuvosos, o recurso energético solar apresenta grande variabilidade, induzindo, conforme o caso, à seleção de um sistema apropriado de estocagem para a energia resultante do processo de conversão.
Observa-se que somente a componente direta da radiação solar pode ser submetida a um processo de concentração dos raios através de espelhos parabólicos, lentes, etc. Consegue-se através da concentração, uma redução substancial da superfície absorvedora solar e um aumento considerável de sua temperatura.
Solarimetria e Instrumentos de Medição
A medição da radiação solar, tanto a componente direta como a componente difusa na superfície terrestre é de maior importância para o estudos das influências das condições climáticas e atmosféricas. Com um histórico dessas medidas, pode-se viabilizar a instalações de sistemas térmicos e fotovoltaicos em uma determinada região garantindo o máximo aproveitamento ao longo do ano onde, as variações da intensidade da radiação solar sofrem significativas alterações.
De acordo com as normas preestabelecidas pela OMM (Organização Mundial de Meteorologia) são determinados limites de precisão para quatro tipos de instrumentos: de referência ou padrão, instrumentos de primeira, segunda e terceira classe. As medições padrões são: radiação global e difusa no plano horizontal e radiação direta normal.
A seguir mostramos alguns instrumentos de medida da radiação, o uso mais freqüente e a classe associada ao seu desempenho.
Piranômetros
Os piranômetros medem a radiação global. Este instrumento caracteriza-se pelo uso de uma termopilha que mede a diferença de temperatura entre duas superfícies, uma pintada de preto e outra pintada de branco igualmente iluminadas. A expansão sofrida pelas superfícies provoca um diferencial de potencial que, ao ser medida, mostra o valor instantâneo da energia solar.
Um outro modelo bem interessante de piranômetro é aquele que utiliza uma célula fotovoltaica de silício monocristalino para coletar medidas solarimétrias. Estes piranômetro é largamente utilizados pois apresentam custos bem menores do que os equipamentos tradicionais. Pelas características da célula fotovoltaica, este aparelho apresenta limitações quando apresenta sensibilidade em apenas 60% da radiação solar incidente.
Existem vários modelos de piranômetros de primeira (2% de precisão) e também de segunda classe (5% de precisão). Existem vários modelos de diversos fabricantes entre eles podemos citar: Eppley 8-48 (USA), Cimel CE-180 (França), Schenk (Áustria), M-80M (Russia), Zonen CM5 e CM10 (Holanda).
Pireliômetros
Os pireliômetros são instrumentos que medem a radiação direta. Ele se caracteriza por apresentar uma pequena abertura de forma a "visualizar" apenas o disco solar e a região vizinha denominada circunsolar. O instrumento segue o movimento solar onde é constantemente ajustado para focalizar melhor a região do sensor.
Muitos dos pireliômetros hoje são autocalibráveis apresentando precisão na faixa de .5% quando adequadamente utilizados para medições.
Heliógrafo
Instrumento que registra a duração do brilho solar. A radiação solar é focalizada por uma esfera de cristal de 10 cm de diâmetro sobre uma fita que, pela ação da radiação é energrecida. O cumprimento desta fita exposta a radiação solar mede o número de horas de insolação.
Actinógrafo
Instrumento usado para medir a radiação global. Este instrumento é composto de sensores baseados na expansão diferencial de um par bimetálico. Os sensores são conectados a uma pena que, quando de suas expansão, registram o valor instantâneo da radiação solar. Sua precisão encontra-se na faixa de 15 a 20% e é considerado um instrumento de terceira classe.
Energia Solar Fotovoltaica
A conversão de energia solar em energia elétrica foi verificado pela primeira vez por Edmond Becquerel, em 1839 onde constatou uma diferença de potencial nos extremos de uma estrutura de material semicondutor quando exposto a luz. Em 1876 foi montado o primeiro aparato fotovoltaico resultado de estudos das estruturas no estado sólido, e apenas em 1956 iniciou-se a produção industrial seguindo o desenvolvimento da microeletrônica.
Neste ano a utilização de fotocélulas foi de papel decisivo para os programas espaciais. Com este impulso, houve um avanço significativo na tecnologia fotovoltaica onde aprimorou-se o processo de fabricação, a eficiência das células e seu peso. Com a crise mundial de energia de 1973/74, a preocupação em estudar novas formas de produção de energia fez com a utilização de células fotovoltaicas não se restringisse somente para programas espacias mas que fosse intensamente estudados e utilizados no meio terrestre para suprir o fornecimento de energia.
Um dos fatores que impossibilitava a utilização da energia solar fotovoltaica em larga escala era o alto custo das células fotovoltaicas. As primeiras células foram produzidas com o custo de US$600/W para o programa espacial. Com a ampliação dos mercados e várias empresas voltadas para a produção de células fotovoltaicas, o preço tem reduzido ao longo dos anos podendo ser encontrado hoje, para grandes escalas, o custo médio de US$ 8,00/W.
Atualmente, os sistemas fotovoltaicos vêm sendo utilizados em instalações remotas possiblitando vários projetos sociais, agropastoris, de irrigação e comunicações. As facilidades de um sistemas fotovoltaico tais como: modularidade, baixos custos de manutenção e vida útil longa, fazem com que sejam de grande importância para instalações em lugares desprovidos da rede elétrica.
Efeito fotovoltaico
O efeito fotovoltaico dá-se em materiais da natureza denominados semicondutores que se caracterizam pela presença de bandas de energia onde é permitida a presença de elétrons (banda de valência) e de outra onde totalmente "vazia" (banda de condução).
O semicondutor mais usado é o silício. Seus átomos se caracterizam por possuirem quatro elétrons que se ligam aos vizinhos, formando uma rede cristalina. Ao adicionarem-se átomos com cinco elétrons de ligação, como o fósforo, por exemplo, haverá um elétron em excesso que não poderá ser emparelhado e que ficará "sobrando", fracamente ligado a seu átomo de origem. Isto faz com que, com pouca energia térmica, este elétron se livre, indo para a banda de condução. Diz-se assim, que o fósforo é um dopante doador de elétrons e denomina-se dopante n ou impureza n.
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Se, por outro lado, introduzem-se átomos com apenas três elétrons de ligação, como é o caso do boro, haverá uma falta de um elétron para satisfazer as ligações com os átomos de silício da rede. Esta falta de elétron é denominada buraco ou lacuna e ocorre que, com pouca energia térmica, um elétron de um sítio vizinho pode passar a esta posição, fazendo com que o buraco se desloque. Diz-se portanto, que o boro é um aceitador de elétrons ou um dopante p.
Se, partindo de um silício puro, forem introduzidos átomos de boro em uma metade e de fósforo na outra, será formado o que se chama junção pn. O que ocorre nesta junção é que elétrons livres do lado n passam ao lado p onde encontram os buracos que os capturam; isto faz com que haja um acúmulo de elétrons no lado p, tornando-o negativamente carregado e uma redução de elétrons do lado n, que o torna eletricamente positivo. Estas cargas aprisionadas dão origem a um campo elétrico permanente que dificulta a passagem de mais elétrons do lado n para o lado p; este processo alcança um equilíbrio quando o campo elétrico forma uma barreira capaz de barrar os elétrons livres remanescentes no lado n.
Se uma junção pn for exposta a fótons com energia maior que o gap, ocorrerá a geração de pares elétron-lacuna; se isto acontecer na região onde o campo elétrico é diferente de zero, as cargas serão aceleradas, gerando assim, uma corrente através da junção; este deslocamento de cargas dá origem a uma diferença de potencial ao qual chamamos de Efeito Fotovoltaico. Se as duas extremidades do "pedaço" de silício forem conectadas por um fio, haverá uma circulação de elétrons. Esta é a base do funcionamento das células fotovoltaicas.
Tipos de Células
As células fotovoltaicas são fabricadas, na sua grande maioria, usando o silício (Si) e podendo ser constituida de cristais monocristalinos, policristalinos ou de silício amorfo.
Silício Monocristalino
A célula de silício monocristalino é historicamente as mais usadas e comercializada como conversor direto de energia solar em eletricidade e a tecnologia para sua fabricação é um processo básico muito bem constituído.
A fabricação da célula de silício começa com a extração do cristal de dióxido de silício. Este material é desoxidado em grandes fornos, purificado e solidificado. Este processo atinge um grau de pureza em 98 e 99% o que é razoavelmente eficiente sob o ponto de vista energético e custo. Este silício para funcionar como células fotovoltaicas necessida de outros dispositivos semicondutores e de um grau de pureza maior devendo chegar na faixa de 99,9999%.
o silício na indústria eletrônica além do alto grau de pureza, o material deve ter a estrutura monocristalina e baixa densidade de defeitos na rede. O processo mais utilizado para se chegar as qualificações desejadas é chamado "processo Czochralski". O silício é fundido juntamente com uma pequena quantidade de dopante, normalmente o boro que é do tipo p. Com um fragmento do cristal devidamente orientada e sob rígido controle de temperatura, vai-se extraindo do material fundido um grande cilindro de silício monocristalino levemente dopado. Este cilindro obtido é cortado em fatias finas de aproximadamente 300m m.
Após o corte e limpezas de impurezas das fatias, deve-se introduzir impurezas do tipo N de forma a obter a junção. Este processo é feito através da difusão controlada onde as fatias de silício são expostas a vapor de fósforo em um forno onde a temperatura varia entre 800 a 1000oC.
Dentre as células fotovoltaicas que utilizam o silício como material base, as monocristalinas são, em geral, as que apresentam as maiores eficiências. As fotocélulas comerciais obtidas com o processo descrito atingem uma eficiência de até 15% podendo chegar em 18% em células feitas em laboratórios.
Silício Policristalino
As células de silício policristalino são mais baratas que as de silício monocristalino por exigirem um processo de preparação das células menos rigoroso. A eficiência, no entanto, cai um pouco em comparação as células de silício monocristalino.
O processo de pureza do silício utilizada na produção das células de silício policristalino é similar ao processo do Si monocristalino, o que permite obtenção de níveis de eficiência compatíveis. Basicamente, as técnicas de fabricação de células policristalinas são as mesmas na fabricação das células monocristalinas, porém com menores rigores de controle
Podem ser preparadas pelo corte de um lingote, de fitas ou depositando um filme num substrato, tanto por transporte de vapor como por imersão. Nestes dois últimos casos só o silício policristalino pode ser obtido. Cada técnica produz cristais com características específicas, incluindo tamanho, morfologia e concentração de impurezas. Ao longo dos anos, o processo de fabricação tem alcançado eficiência máxima de 12,5% em escalas industriais.
Silício Amorfo
Uma célula de silício amorfo difere das demais estruturas cristalinas por apresentar alto grau de desordem na estrutura dos átomos. A utilização de silício amorfo para uso em fotocélulas tem mostrado grandes vantagens tanto nas propriedades elétricas quanto no processo de fabricação. Por apresentar uma absorção da radiação solar na faixa do visível e podendo ser fabricado mediante deposição de diversos tipos de substratos, o silício amorfo vem se mostrando uma forte tecnologia para sistemas fotovoltaicos de baixo custo. Mesmo apresentando um custo reduzido na produção, o uso de silício amorfo apresenta duas desvantagens: a primeira é a baixa eficiência de conversão comparada às células mono e policristalinas de silício; em segundo, as células são afetadas por um processo de degradação logo nos primeiros meses de operação, reduzindo assim a eficiência ao longo da vida útil.
Por outro lado, o silício amorfo apresenta vantagens que compensam as deficiências acima citados, são elas:
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processo de fabricação relativamente simples e barato;
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possibilidade de fabricação de células com grandes áreas;
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baixo consumo de energia na produção.
Módulos Fotovoltaicos
Pela baixa tensão e corrente de saída em uma célula fotovoltaica, agrupam-se várias células formando um módulo. O arranjo das células nos módulos podem ser feito conectando-as em série ou em paralelo.
Ao conectar as células em paralelo, soma-se as correntes de cada módulo e a tensão do módulo é exatamente a tensão da célula. A corrente produzida pelo efeito fotovoltaico é contínua. Pelas características típicas das células (corrente máxima por volta de 3A e tensão muito baixa, em torno de 0,7V) este arranjo não é utilizado salvo em condições muito especiais.
A conexão mais comum de células fotovoltaicas em módulos é o arrajo em série. Este consiste em agrupar o maior número de células em série onde soma-se a tensão de cada célula chegando a um valor final de 12V o que possibilita a carga de acumuladores (baterias) que também funcionam na faixa dos 12V.
Quando uma célula fotovoltaica dentro de um módulo, por algum motivo, estiver encoberta a potência de saída do múdulo cairá drasticamente que, por estar ligada em série, comprometerá todo o funcionamento das demais células no módulo. Para que todo a corrente de um módulo não seja limitado por uma célula de pior desempenho (o caso de estar encoberta), usa-se um diodo de passo ou de "bypass". Este diodo serve como um caminho alternativo para a corrente e limita a dissipação de calor na célula defeituosa. Geralmente o uso do diodo bypass é feito em grupamentos de células o que, torna muito mais barato comparado ao custo de se conectar um diodo em cada célula.
Características elétricas dos módulos fotovoltaicos
Geralmente, a potência dos módulos é dada pela potência de pico. Tão necessário quanto este parâmetro, exite outras características elétricos que melhor caracteriza a função do módulo. As principais características elétricas dos módulos fotovoltaicos são as seguintes:
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Voltagem de Circuito Aberto (Voc)
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Corrente de Curto Circuito (Isc)
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Potência Máxima (Pm)
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Voltagem de Potência Máxima (Vmp)
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Corrente de Potência Máxima (Imp)
A condição padrão para se obter as curvas características dos módulos é definida para radiação de 1000W/m2 (radiação recebida na superfície da Terra em dia claro, ao meio dia), e temperatura de 25ºC na célula (a eficiência da célula é reduzida com o aumento da temperatura).
Fatores que afetam as características elétricas dos módulos
Os principais fatores que influenciam nas características elétricas de um painel é a Intensidade Luminosa e a Temperatura das Células. A corrente gerada nos módulos aumenta linearmente com o aumento da Intensidade luminosa. Por outro lado, o aumento da temperatura na célula faz com que a eficiência do módulo caia abaixando assim os pontos de operação para potência máxima gerada.
Componentes de um sistema fotovoltaico
Um sistema fotovoltaico pode ser classificado em três categorias distintas: sistemas isolados, híbridos e conectados a rede. Os sistemas obedecem a uma configuração básica onde o sistema deverá ter uma unidade de controle de potência e também uma unidade de armazenamento.
Sistemas Isolados
Sistemas isolados, em geral, utiliza-se alguma forma de armazenamento de energia. Este armazenamento pode ser feito através de baterias, quando se deseja utilizar aparelhos elétricos ou armazena-se na forma de energia gravitacional quando se bombeia água para tanques em sistemas de abastecimento. Alguns sistemas isolados não necessitam de armazenamento, o que é o caso da irrigação onde toda a água bombeada é diretamente consumida ou estocadas em reservatórios.
Em sistemas que necessitam de armazenamento de energia em baterias, usa-se um dispositivo para controlar a carga e a descaga na bateria. O "controlador de carga" tem como principal função não deixar que haja danos na bateria por sobrecarga ou descarga profunda. O controlador de carga é usado em sistemas pequenos onde os aparelhos utilizados são de baixa tensão e corrente contínua (CC).
Para alimentação de equipamentos de corrente alternada (CA) é necessário um inversor. Este dispositivo geralmente incorpora um seguidor de ponto de máxima potência necessário para otimização da potência final produzida. Este sistema é usado quando se deseja mais conforto na utilização de eletrodomésticos convencionais.
Sistemas Híbridos
Sistemas híbridos são aqueles que, desconectado da rede convencional, apresenta várias fontes de geração de energia como por exemplo: turbinas eólicas, geração diesel, módulos fotovoltaicos entre outras. A utilização de vários formas de geração de energia elétrica torna-se complexo na necessidade de otimização do uso das energias. É necessário um controle de todas as fontes para que haja máxima eficiência na entrega da energia para o usuário.
Em geral, os sistemas híbridos são empregados para sistemas de médio a grande porte vindo a atender um número maior de usuários. Por trabalhar com cargas de corrente contínua, o sistema híbrido também apresenta um inversor. Devido a grande complexindade de arranjos e multiplicidade de opções, a forma de otimização do sistema torna-se um estudo particular para cada caso.
Sistemas Interligados à Rede
Estes sistemas utilizam grandes números de painéis fotovoltaicos, e não utilizam armazenamento de energia pois toda a geração é entregue diretamente na rede. Este sistema representa uma fonte complementar ao sistema elétrico de grande porte ao qual esta conectada. Todo o arranjo é conectado em inversores e logo em seguida guiados diretamente na rede. Estes inversores devem satisfazer as exigências de qualidade e segurança para que a rede não seja afetada.
O aproveitamento da energia gerada pelo Sol, inesgotável na escala terrestre de tempo, tanto como fonte de calor quanto de luz, é hoje, sem sombra de dúvidas, uma das alternativas energéticas mais promissoras para enfrentarmos os desafios do novo milênio. E quando se fala em energia, deve-se lembrar que o Sol é responsável pela origem de praticamente todas as outras fontes de energia. Em outras palavras, as fontes de energia são, em última instância, derivadas da energia do Sol.
É a partir da energia do Sol que se dá a evaporação, origem do ciclo das águas, que possibilita o represamento e a conseqüente geração de eletricidade (hidroeletricidade). A radiação solar também induz a circulação atmosférica em larga escala, causando os ventos. Petróleo, carvão e gás natural foram gerados a partir de resíduos de plantas e animais que, originalmente, obtiveram a energia necessária ao seu desenvolvimento, da radiação solar.
Algumas formas de utilização da energia solar são apresentadas a seguir.
Energia Solar Fototérmica
Nesse caso, estamos interessados na quantidade de energia que um determinado corpo é capaz de absorver, sob a forma de calor, a partir da radiação solar incidente no mesmo. A utilização dessa forma de energia implica saber captá-la e armazená-la. Os equipamentos mais difundidos com o objetivo específico de se utilizar a energia solar fototérmica são conhecidos como coletores solares
Os coletores solares são aquecedores de fluidos (líquidos ou gasosos) e são classificados em coletores concentradores e coletores planos em função da existência ou não de dispositivos de concentração da radiação solar. O fluido aquecido é mantido em reservatórios termicamente isolados até o seu uso final (água aquecida para banho, ar quente para secagem de grãos, gases para acionamento de turbinas, etc.).
Os coletores solares planos são, hoje, largamente utilizados para aquecimento de água em residências, hospitais, hotéis, etc. devido ao conforto proporcionado e a redução do consumo de energia elétrica.
Arquitetura Bioclimática
Chama-se arquitetura bioclimática o estudo que visa harmonizar as construções ao clima e características locais, pensando no homem que habitará ou trabalhará nelas, e tirando partido da energia solar, através de correntes convectivas naturais e de microclimas criados por vegetação apropriada. É a adoção de soluções arquitetônicas e urbanísticas adaptadas às condições específicas (clima e hábitos de consumo) de cada lugar, utilizando, para isso, a energia que pode ser diretamente obtida das condições locais.
A arquitetura bioclimática não se restringe a características arquitetônicas adequadas. Preocupa-se, também, com o desenvolvimento de equipamentos e sistemas que são necessários ao uso da edificação (aquecimento de água, circulação de ar e de água, iluminação, conservação de alimentos, etc.) e com o uso de materiais de conteúdo energético tão baixo quanto possível.
Energia Solar Fotovoltaica
A Energia Solar Fotovoltaica é a energia obtida através da conversão direta da luz em eletricidade (Efeito Fotovoltaico). O efeito fotovoltaico, relatado por Edmond Becquerel, em 1839, é o aparecimento de uma diferença de potencial nos extremos de uma estrutura de material semicondutor, produzida pela absorção da luz. A célula fotovoltaica é a unidade fundamental do processo de conversão.
Inicialmente o desenvolvimento da tecnologia apoiou-se na busca, por empresas do setor de telecomunicações, de fontes de energia para sistemas instalados em localidades remotas. O segundo agente impulsionador foi a "corrida espacial". A célula solar era, e continua sendo, o meio mais adequado (menor custo e peso) para fornecer a quantidade de energia necessária para longos períodos de permanência no espaço. Outro uso espacial que impulsionou o desenvolvimento das células solares foi a necessidade de energia para satélites.
A crise energética de 1973 renovou e ampliou o interesse em aplicações terrestres. Porém, para tornar economicamente viável essa forma de conversão de energia, seria necessário, naquele momento, reduzir em até 100 vezes o custo de produção das células solares em relação ao daquelas células usadas em explorações espaciais. Modificou-se, também, o perfil das empresas envolvidas no setor. Nos Estados Unidos, as empresas de petróleo resolveram diversificar seus investimentos, englobando a produção de energia a partir da radiação solar.
Em 1993 a produção de células fotovoltaicas atingiu a marca de 60 MWp, sendo o Silício quase absoluto no "ranking" dos materiais utilizados. O Silício, segundo elemento mais abundante no globo terrestre, tem sido explorado sob diversas formas: monocristalino, policristalino e amorfo. No entanto, a busca de materiais alternativos é intensa e concentra-se na área de filmes finos, onde o silício amorfo se enquadra. Células de filmes finos, além de utilizarem menor quantidade de material do que as que apresentam estruturas cristalinas, requerem uma menor quantidade de energia no seu processo de fabricação. Ou seja, possuem uma maior eficiência energética.
Radiação Solar
O Sol fornece anualmente, para a atmosfera terrestre, 1,5 x 1018 kWh de energia . Trata-se de um valor considerável, correspondendo a 10000 vezes o consumo mundial de energia neste período. Este fato vem indicar que, além de ser responsável pela manutenção da vida na Terra, a radiação solar constitui-se numa inesgotável fonte energética, havendo um enorme potencial de utilização por meio de sistemas de captação e conversão em outra forma de energia (térmica, elétrica, etc.).
Uma das possíveis formas de conversão da energia solar é conseguida através do efeito fotovoltaico que ocorre em dispositivos conhecidos como células fotovoltaicas. Estas células são componentes optoeletrônicos que convertem diretamente a radiação solar em eletricidade. São basicamente constituídas de materiais semicondutores, sendo o silício o material mais empregado.
Radiação Solar: Captação e Conversão
O nosso planeta, em seu movimento anual em torno do Sol, descreve em trajetória elíptica um plano que é inclinado de aproximadamente 23,5o com relação ao plano equatorial. Esta inclinação é responsável pela variação da elevação do Sol no horizonte em relação à mesma hora, ao longo dos dias, dando origem às estações do ano e dificultando os cálculos da posição do Sol para uma determinada data, como pode ser visto na figura .
A posição angular do Sol, ao meio dia solar, em relação ao plano do Equador (Norte positivo) é chamada de Declinação Solar (d ). Este ângulo, que pode ser visto na figura 2.1.1, varia, de acordo com o dia do ano, dentro dos seguintes limites:
-23,45° £ d £ 23,45°
A soma da declinação com a latitude local determina a trajetória do movimento aparente do Sol para um determinado dia em uma dada localidade na Terra.
Figura 2.1 - Órbita da Terra em torno do Sol, com seu eixo N-S inclinado de um ângulo de 23,5o.
A radiação solar que atinge o topo da atmosfera terrestre provém da região da fotosfera solar que é uma camada tênue com aproximadamente 300 km de espessura e temperatura superficial da ordem de 5800 K. Porém, esta radiação não se apresenta como um modelo de regularidade, pois há a influência das camadas externas do Sol (cromosfera e coroa), com pontos quentes e frios, erupções cromosféricas, etc..
Apesar disto, pode-se definir um valor médio para o nível de radiação solar incidente normalmente sobre uma superfície situada no topo da atmosfera. Dados recentes da WMO (World Meteorological Organization) indicam um valor médio de 1367 W/m2 para a radiação extraterrestre. Fórmulas matemáticas permitem o cálculo, a partir da "Constante Solar", da radiação extraterrestre ao longo do ano, fazendo a correção pela órbita elíptica.
A radiação solar é radiação eletromagnética que se propaga a uma velocidade de 300.000 km/s, podendo-se observar aspectos ondulatórios e corpusculares. Em termos de comprimentos de onda, a radiação solar ocupa a faixa espectral de 0,1mm a 5mm, tendo uma máxima densidade espectral em 0,5mm, que é a luz verde.
É através da teoria ondulatória, que são definidas para os diversos meios materiais, as propriedades na faixa solar de absorção e reflexão e, na faixa de 0,75 a 100mm, correspondente ao infra-vermelho, as propriedades de absorção, reflexão e emissão.
A energia solar incidente no meio material pode ser refletida, transmitida e absorvida. A parcela absorvida dá origem, conforme o meio material, aos processos de fotoconversão e termoconversão.
Radiação Solar a Nível do Solo
De toda a radiação solar que chega às camadas superiores da atmosfera, apenas uma fração atinge a superfície terrestre, devido à reflexão e absorção dos raios solares pela atmosfera. Esta fração que atinge o solo é constituída por um componente direta (ou de feixe) e por uma componente difusa.
Notadamente, se a superfície receptora estiver inclinada com relação à horizontal, haverá uma terceira componente refletida pelo ambiente do entorno (solo, vegetação, obstáculos, terrenos rochosos, etc.). O coeficiente de reflexão destas superfícies é denominado de "albedo".
Antes de atingir o solo, as características da radiação solar (intensidade, distribuição espectral e angular) são afetadas por interações com a atmosfera devido aos efeitos de absorção e espalhamento. Estas modificações são dependentes da espessura da camada atmosférica, também identificada por um coeficiente denominado "Massa de Ar" (AM), e, portanto, do ângulo Zenital do Sol, da distância Terra-Sol e das condições atmosféricas e meteorológicas.
Devido à alternância de dias e noites, das estações do ano e períodos de passagem de nuvens e chuvosos, o recurso energético solar apresenta grande variabilidade, induzindo, conforme o caso, à seleção de um sistema apropriado de estocagem para a energia resultante do processo de conversão.
Observa-se que somente a componente direta da radiação solar pode ser submetida a um processo de concentração dos raios através de espelhos parabólicos, lentes, etc. Consegue-se através da concentração, uma redução substancial da superfície absorvedora solar e um aumento considerável de sua temperatura.
Solarimetria e Instrumentos de Medição
A medição da radiação solar, tanto a componente direta como a componente difusa na superfície terrestre é de maior importância para o estudos das influências das condições climáticas e atmosféricas. Com um histórico dessas medidas, pode-se viabilizar a instalações de sistemas térmicos e fotovoltaicos em uma determinada região garantindo o máximo aproveitamento ao longo do ano onde, as variações da intensidade da radiação solar sofrem significativas alterações.
De acordo com as normas preestabelecidas pela OMM (Organização Mundial de Meteorologia) são determinados limites de precisão para quatro tipos de instrumentos: de referência ou padrão, instrumentos de primeira, segunda e terceira classe. As medições padrões são: radiação global e difusa no plano horizontal e radiação direta normal.
A seguir mostramos alguns instrumentos de medida da radiação, o uso mais freqüente e a classe associada ao seu desempenho.
Piranômetros
Os piranômetros medem a radiação global. Este instrumento caracteriza-se pelo uso de uma termopilha que mede a diferença de temperatura entre duas superfícies, uma pintada de preto e outra pintada de branco igualmente iluminadas. A expansão sofrida pelas superfícies provoca um diferencial de potencial que, ao ser medida, mostra o valor instantâneo da energia solar.
Um outro modelo bem interessante de piranômetro é aquele que utiliza uma célula fotovoltaica de silício monocristalino para coletar medidas solarimétrias. Estes piranômetro é largamente utilizados pois apresentam custos bem menores do que os equipamentos tradicionais. Pelas características da célula fotovoltaica, este aparelho apresenta limitações quando apresenta sensibilidade em apenas 60% da radiação solar incidente.
Existem vários modelos de piranômetros de primeira (2% de precisão) e também de segunda classe (5% de precisão). Existem vários modelos de diversos fabricantes entre eles podemos citar: Eppley 8-48 (USA), Cimel CE-180 (França), Schenk (Áustria), M-80M (Russia), Zonen CM5 e CM10 (Holanda).
Pireliômetros
Os pireliômetros são instrumentos que medem a radiação direta. Ele se caracteriza por apresentar uma pequena abertura de forma a "visualizar" apenas o disco solar e a região vizinha denominada circunsolar. O instrumento segue o movimento solar onde é constantemente ajustado para focalizar melhor a região do sensor.
Muitos dos pireliômetros hoje são autocalibráveis apresentando precisão na faixa de .5% quando adequadamente utilizados para medições.
Heliógrafo
Instrumento que registra a duração do brilho solar. A radiação solar é focalizada por uma esfera de cristal de 10 cm de diâmetro sobre uma fita que, pela ação da radiação é energrecida. O cumprimento desta fita exposta a radiação solar mede o número de horas de insolação.
Actinógrafo
Instrumento usado para medir a radiação global. Este instrumento é composto de sensores baseados na expansão diferencial de um par bimetálico. Os sensores são conectados a uma pena que, quando de suas expansão, registram o valor instantâneo da radiação solar. Sua precisão encontra-se na faixa de 15 a 20% e é considerado um instrumento de terceira classe.
Energia Solar Fotovoltaica
A conversão de energia solar em energia elétrica foi verificado pela primeira vez por Edmond Becquerel, em 1839 onde constatou uma diferença de potencial nos extremos de uma estrutura de material semicondutor quando exposto a luz. Em 1876 foi montado o primeiro aparato fotovoltaico resultado de estudos das estruturas no estado sólido, e apenas em 1956 iniciou-se a produção industrial seguindo o desenvolvimento da microeletrônica.
Neste ano a utilização de fotocélulas foi de papel decisivo para os programas espaciais. Com este impulso, houve um avanço significativo na tecnologia fotovoltaica onde aprimorou-se o processo de fabricação, a eficiência das células e seu peso. Com a crise mundial de energia de 1973/74, a preocupação em estudar novas formas de produção de energia fez com a utilização de células fotovoltaicas não se restringisse somente para programas espacias mas que fosse intensamente estudados e utilizados no meio terrestre para suprir o fornecimento de energia.
Um dos fatores que impossibilitava a utilização da energia solar fotovoltaica em larga escala era o alto custo das células fotovoltaicas. As primeiras células foram produzidas com o custo de US$600/W para o programa espacial. Com a ampliação dos mercados e várias empresas voltadas para a produção de células fotovoltaicas, o preço tem reduzido ao longo dos anos podendo ser encontrado hoje, para grandes escalas, o custo médio de US$ 8,00/W.
Atualmente, os sistemas fotovoltaicos vêm sendo utilizados em instalações remotas possiblitando vários projetos sociais, agropastoris, de irrigação e comunicações. As facilidades de um sistemas fotovoltaico tais como: modularidade, baixos custos de manutenção e vida útil longa, fazem com que sejam de grande importância para instalações em lugares desprovidos da rede elétrica.
Efeito fotovoltaico
O efeito fotovoltaico dá-se em materiais da natureza denominados semicondutores que se caracterizam pela presença de bandas de energia onde é permitida a presença de elétrons (banda de valência) e de outra onde totalmente "vazia" (banda de condução).
O semicondutor mais usado é o silício. Seus átomos se caracterizam por possuirem quatro elétrons que se ligam aos vizinhos, formando uma rede cristalina. Ao adicionarem-se átomos com cinco elétrons de ligação, como o fósforo, por exemplo, haverá um elétron em excesso que não poderá ser emparelhado e que ficará "sobrando", fracamente ligado a seu átomo de origem. Isto faz com que, com pouca energia térmica, este elétron se livre, indo para a banda de condução. Diz-se assim, que o fósforo é um dopante doador de elétrons e denomina-se dopante n ou impureza n.
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Se, por outro lado, introduzem-se átomos com apenas três elétrons de ligação, como é o caso do boro, haverá uma falta de um elétron para satisfazer as ligações com os átomos de silício da rede. Esta falta de elétron é denominada buraco ou lacuna e ocorre que, com pouca energia térmica, um elétron de um sítio vizinho pode passar a esta posição, fazendo com que o buraco se desloque. Diz-se portanto, que o boro é um aceitador de elétrons ou um dopante p.
Se, partindo de um silício puro, forem introduzidos átomos de boro em uma metade e de fósforo na outra, será formado o que se chama junção pn. O que ocorre nesta junção é que elétrons livres do lado n passam ao lado p onde encontram os buracos que os capturam; isto faz com que haja um acúmulo de elétrons no lado p, tornando-o negativamente carregado e uma redução de elétrons do lado n, que o torna eletricamente positivo. Estas cargas aprisionadas dão origem a um campo elétrico permanente que dificulta a passagem de mais elétrons do lado n para o lado p; este processo alcança um equilíbrio quando o campo elétrico forma uma barreira capaz de barrar os elétrons livres remanescentes no lado n.
Se uma junção pn for exposta a fótons com energia maior que o gap, ocorrerá a geração de pares elétron-lacuna; se isto acontecer na região onde o campo elétrico é diferente de zero, as cargas serão aceleradas, gerando assim, uma corrente através da junção; este deslocamento de cargas dá origem a uma diferença de potencial ao qual chamamos de Efeito Fotovoltaico. Se as duas extremidades do "pedaço" de silício forem conectadas por um fio, haverá uma circulação de elétrons. Esta é a base do funcionamento das células fotovoltaicas.
Tipos de Células
As células fotovoltaicas são fabricadas, na sua grande maioria, usando o silício (Si) e podendo ser constituida de cristais monocristalinos, policristalinos ou de silício amorfo.
Silício Monocristalino
A célula de silício monocristalino é historicamente as mais usadas e comercializada como conversor direto de energia solar em eletricidade e a tecnologia para sua fabricação é um processo básico muito bem constituído.
A fabricação da célula de silício começa com a extração do cristal de dióxido de silício. Este material é desoxidado em grandes fornos, purificado e solidificado. Este processo atinge um grau de pureza em 98 e 99% o que é razoavelmente eficiente sob o ponto de vista energético e custo. Este silício para funcionar como células fotovoltaicas necessida de outros dispositivos semicondutores e de um grau de pureza maior devendo chegar na faixa de 99,9999%.
o silício na indústria eletrônica além do alto grau de pureza, o material deve ter a estrutura monocristalina e baixa densidade de defeitos na rede. O processo mais utilizado para se chegar as qualificações desejadas é chamado "processo Czochralski". O silício é fundido juntamente com uma pequena quantidade de dopante, normalmente o boro que é do tipo p. Com um fragmento do cristal devidamente orientada e sob rígido controle de temperatura, vai-se extraindo do material fundido um grande cilindro de silício monocristalino levemente dopado. Este cilindro obtido é cortado em fatias finas de aproximadamente 300m m.
Após o corte e limpezas de impurezas das fatias, deve-se introduzir impurezas do tipo N de forma a obter a junção. Este processo é feito através da difusão controlada onde as fatias de silício são expostas a vapor de fósforo em um forno onde a temperatura varia entre 800 a 1000oC.
Dentre as células fotovoltaicas que utilizam o silício como material base, as monocristalinas são, em geral, as que apresentam as maiores eficiências. As fotocélulas comerciais obtidas com o processo descrito atingem uma eficiência de até 15% podendo chegar em 18% em células feitas em laboratórios.
Silício Policristalino
As células de silício policristalino são mais baratas que as de silício monocristalino por exigirem um processo de preparação das células menos rigoroso. A eficiência, no entanto, cai um pouco em comparação as células de silício monocristalino.
O processo de pureza do silício utilizada na produção das células de silício policristalino é similar ao processo do Si monocristalino, o que permite obtenção de níveis de eficiência compatíveis. Basicamente, as técnicas de fabricação de células policristalinas são as mesmas na fabricação das células monocristalinas, porém com menores rigores de controle
Podem ser preparadas pelo corte de um lingote, de fitas ou depositando um filme num substrato, tanto por transporte de vapor como por imersão. Nestes dois últimos casos só o silício policristalino pode ser obtido. Cada técnica produz cristais com características específicas, incluindo tamanho, morfologia e concentração de impurezas. Ao longo dos anos, o processo de fabricação tem alcançado eficiência máxima de 12,5% em escalas industriais.
Silício Amorfo
Uma célula de silício amorfo difere das demais estruturas cristalinas por apresentar alto grau de desordem na estrutura dos átomos. A utilização de silício amorfo para uso em fotocélulas tem mostrado grandes vantagens tanto nas propriedades elétricas quanto no processo de fabricação. Por apresentar uma absorção da radiação solar na faixa do visível e podendo ser fabricado mediante deposição de diversos tipos de substratos, o silício amorfo vem se mostrando uma forte tecnologia para sistemas fotovoltaicos de baixo custo. Mesmo apresentando um custo reduzido na produção, o uso de silício amorfo apresenta duas desvantagens: a primeira é a baixa eficiência de conversão comparada às células mono e policristalinas de silício; em segundo, as células são afetadas por um processo de degradação logo nos primeiros meses de operação, reduzindo assim a eficiência ao longo da vida útil.
Por outro lado, o silício amorfo apresenta vantagens que compensam as deficiências acima citados, são elas:
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processo de fabricação relativamente simples e barato;
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possibilidade de fabricação de células com grandes áreas;
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baixo consumo de energia na produção.
Módulos Fotovoltaicos
Pela baixa tensão e corrente de saída em uma célula fotovoltaica, agrupam-se várias células formando um módulo. O arranjo das células nos módulos podem ser feito conectando-as em série ou em paralelo.
Ao conectar as células em paralelo, soma-se as correntes de cada módulo e a tensão do módulo é exatamente a tensão da célula. A corrente produzida pelo efeito fotovoltaico é contínua. Pelas características típicas das células (corrente máxima por volta de 3A e tensão muito baixa, em torno de 0,7V) este arranjo não é utilizado salvo em condições muito especiais.
A conexão mais comum de células fotovoltaicas em módulos é o arrajo em série. Este consiste em agrupar o maior número de células em série onde soma-se a tensão de cada célula chegando a um valor final de 12V o que possibilita a carga de acumuladores (baterias) que também funcionam na faixa dos 12V.
Quando uma célula fotovoltaica dentro de um módulo, por algum motivo, estiver encoberta a potência de saída do múdulo cairá drasticamente que, por estar ligada em série, comprometerá todo o funcionamento das demais células no módulo. Para que todo a corrente de um módulo não seja limitado por uma célula de pior desempenho (o caso de estar encoberta), usa-se um diodo de passo ou de "bypass". Este diodo serve como um caminho alternativo para a corrente e limita a dissipação de calor na célula defeituosa. Geralmente o uso do diodo bypass é feito em grupamentos de células o que, torna muito mais barato comparado ao custo de se conectar um diodo em cada célula.
Características elétricas dos módulos fotovoltaicos
Geralmente, a potência dos módulos é dada pela potência de pico. Tão necessário quanto este parâmetro, exite outras características elétricos que melhor caracteriza a função do módulo. As principais características elétricas dos módulos fotovoltaicos são as seguintes:
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Voltagem de Circuito Aberto (Voc)
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Corrente de Curto Circuito (Isc)
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Potência Máxima (Pm)
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Voltagem de Potência Máxima (Vmp)
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Corrente de Potência Máxima (Imp)
A condição padrão para se obter as curvas características dos módulos é definida para radiação de 1000W/m2 (radiação recebida na superfície da Terra em dia claro, ao meio dia), e temperatura de 25ºC na célula (a eficiência da célula é reduzida com o aumento da temperatura).
Fatores que afetam as características elétricas dos módulos
Os principais fatores que influenciam nas características elétricas de um painel é a Intensidade Luminosa e a Temperatura das Células. A corrente gerada nos módulos aumenta linearmente com o aumento da Intensidade luminosa. Por outro lado, o aumento da temperatura na célula faz com que a eficiência do módulo caia abaixando assim os pontos de operação para potência máxima gerada.
Componentes de um sistema fotovoltaico
Um sistema fotovoltaico pode ser classificado em três categorias distintas: sistemas isolados, híbridos e conectados a rede. Os sistemas obedecem a uma configuração básica onde o sistema deverá ter uma unidade de controle de potência e também uma unidade de armazenamento.
Sistemas Isolados
Sistemas isolados, em geral, utiliza-se alguma forma de armazenamento de energia. Este armazenamento pode ser feito através de baterias, quando se deseja utilizar aparelhos elétricos ou armazena-se na forma de energia gravitacional quando se bombeia água para tanques em sistemas de abastecimento. Alguns sistemas isolados não necessitam de armazenamento, o que é o caso da irrigação onde toda a água bombeada é diretamente consumida ou estocadas em reservatórios.
Em sistemas que necessitam de armazenamento de energia em baterias, usa-se um dispositivo para controlar a carga e a descaga na bateria. O "controlador de carga" tem como principal função não deixar que haja danos na bateria por sobrecarga ou descarga profunda. O controlador de carga é usado em sistemas pequenos onde os aparelhos utilizados são de baixa tensão e corrente contínua (CC).
Para alimentação de equipamentos de corrente alternada (CA) é necessário um inversor. Este dispositivo geralmente incorpora um seguidor de ponto de máxima potência necessário para otimização da potência final produzida. Este sistema é usado quando se deseja mais conforto na utilização de eletrodomésticos convencionais.
Sistemas Híbridos
Sistemas híbridos são aqueles que, desconectado da rede convencional, apresenta várias fontes de geração de energia como por exemplo: turbinas eólicas, geração diesel, módulos fotovoltaicos entre outras. A utilização de vários formas de geração de energia elétrica torna-se complexo na necessidade de otimização do uso das energias. É necessário um controle de todas as fontes para que haja máxima eficiência na entrega da energia para o usuário.
Em geral, os sistemas híbridos são empregados para sistemas de médio a grande porte vindo a atender um número maior de usuários. Por trabalhar com cargas de corrente contínua, o sistema híbrido também apresenta um inversor. Devido a grande complexindade de arranjos e multiplicidade de opções, a forma de otimização do sistema torna-se um estudo particular para cada caso.
Sistemas Interligados à Rede
Estes sistemas utilizam grandes números de painéis fotovoltaicos, e não utilizam armazenamento de energia pois toda a geração é entregue diretamente na rede. Este sistema representa uma fonte complementar ao sistema elétrico de grande porte ao qual esta conectada. Todo o arranjo é conectado em inversores e logo em seguida guiados diretamente na rede. Estes inversores devem satisfazer as exigências de qualidade e segurança para que a rede não seja afetada.
Wi-Fi, infravermelho, bluetooth. Tire TODAS as suas dúvidas!
?O mundo agora é wireless?, ?Apostamos na convergência de tecnologias?, ?Vamos investir em redes sem fio?. Essas e outras frases povoaram ? e continuam povoando ? os discursos de empresários e gurus de tecnologia que, quando são questionados sobre os rumos dos investimentos de suas empresas ou do mercado, não hesitam em usar e abusar da famosa ?convergência?. Empurrando a convergência ? que é essencialmente a união de um série de tecnologias e um único dispositivo, preferencialmente móvel ? estão as soluções de conexão sem fio como Wi-Fi, WLAN, Bluetooth, Wi-Max e infravermelho (esta uma espécie de avó, ou precursora das outras quatro).
Afinal, qual é a tecnologia que está por trás da conexão sem fio de laptops e PDAs à Internet? Qual é a tecnologia que permite que celulares se comuniquem com fones e aparelhos de viva-voz? Essa é a mesma tecnologia utilizada por PDAs, celulares e laptops para conversar entre si? Será que um dia a cidade inteira estará coberta por uma enorme rede sem fio na qual poderemos nos conectar quando e onde quisermos? O WNews preparou um verdadeiro bê-a-bá sobre tecnologias sem fio pra você não ficar mais perdido sobre este assunto. Confira a seguir.
Wi-Fi/WLAN
Wi-Fi, sigla para "wireless fidelity" ? ou fidelidade sem-fio ?, refere-se a um tipo de conexão entre computadores, PDAs e até celulares com uma rede sem a necessidade de fios. Já WLAN, que quer dizer a mesma coisa, é um pouco mais específica e quer dizer Wireless Local Área Network ? ou rede sem fio local.
Ou seja, em ambas, o sinal de Internet ou de uma Intranet sai do cabo e ganha o ar, em forma de ondas de rádio, e passa a ser captado por qualquer equipamento habilitado com essas tecnologias wireless. Em redes Wi-Fi do tipo 802.11g (que é um dos padrões desta tecnologia), a velocidade pode chegar a 54 Mbps, enquanto as 802.11b se limitam a 11 Mbps. Com isso os usuários ganham liberdade para acessar documentos importantes, informações de estoque, e-mails ou um simples perfil no Orkut em qualquer lugar coberto pela rede.
Uma rede Wi-Fi consiste basicamente de uma conexão de Internet a cabo ligada a um access point ? que emite um sinal sem fio de Internet ?, e que se comunica com um laptop, um desktop ou um PDA compatível com esta tecnologia.
Prós e contras
A opção por uma rede Wi-Fi traz consigo vantagens e desvantagens. Uma instalação Wi-Fi pode ser mais cara ou mais barata que uma rede a cabo ? isso geralmente depende da quantidade de computadores que serão ligados em rede. Quando são muitos os computadores, a conexão sem fio geralmente é mais vantajosa já que o cabeamento em grandes escritórios, por exemplo, pode custar milhares de reais.
Outro fator que deve ser considerado é a segurança da rede wireless frente ao conforto que ela traz. Ou seja, ao mesmo tempo em que a conexão sem fio oferece liberdade aos usuários, as informações estão literalmente no ar, o que faz aumentar a já incômoda preocupação com segurança e criptografia de dados.
Para aumentar e garantir a cobertura, existem repetidores de sinal, vendidos pelas mesmas empresas que fabricam access points - aqueles aparelhos que, como dissemos acima, emitem o sinal da Internet sem fio - e que aumentam a área de atuação da rede wireless. Já para contornar a questão da segurança, boa parte dos softwares que vêm nos access points oferecem, durante a configuração, alguma forma de proteção da rede ? geralmente com a utilização de senhas. Ficou interessado na tecnologia? Então acesse o tutorial ?Como montar uma rede Wi-Fi? e entre para o mundo sem fio.
Bluetooth
O nome, de início, chama atenção ? bluetooth, ou Dente Azul. A tecnologia para transmissão de dados recebeu este nome em homenagem ao rei dinamarquês Harald Bluetooth, conhecido em sua época ? o século X ? por sua ótima capacidade diplomática e de negociação. Nada mais apropriado ? a tecnologia de conexão sem fio bluetooth talvez seja a de mais fácil configuração e sincronização.
A solução bluetooth basicamente permite que dados sejam transferidos pelo ar em curtas distâncias ocupando uma banda de rádio de 2,4GHz ? a mesma de muitos access points com tecnologia Wi-Fi e dos mais recentes telefones sem fio. Atualmente os dispositivos mais conhecidos por utilizar a solução são os celulares, os fones de ouvido, os aparelho de viva voz, alguns computadores e aos poucos os PDAs. Outros aparelhos que também utilizam a tecnologia são mouses, impressoras, receptores de GPS e controles de videogame (Nintendo Wii, por exemplo). O bluetooth é usado até para montar pequenas redes de computador nas quais não se requer altas taxas de transferência de dados.
A taxa média de fluxo de dados é de 1Mbps e a distância para conexão varia entre 1 metro e 100 metros ? porém, a maior parte dos aparelhos funciona com distância máxima de cerca de 10 metros. Em março deste ano, a Bluetooth Special Interest Group (SIG) anunciou que até 2008 a tecnologia deverá ter capacidade para atingir velocidades de até 100Mbps a uma distância máxima de 15 metros. Se você quer saber ainda mais sobre a tecnologia, acesse uma matéria que trata exclusivamente do assunto publicada pelo WNews com o título Bluetooth ? O que é isso afinal?
Wi-Max
Antes de ser uma tecnologia de conexão sem fio, WiMAX ? sigla para Worldwide Interoperability for Microwave Access ou Interoperabilidade Mundial para Acesso em Microondas ? é um padrão de tecnologia sem fio internacional estabelecido por uma série de parceiros comerciais.
Este padrão, que é internacional, foi criado para que dispositivos pudessem ser desenvolvidos e certificados pela tecnologia WiMAX, que é, em última instância, uma versão turbinada do Wi-Fi ? tanto em velocidade quanto em área de cobertura. É claro que algumas diferenças técnicas existem, mas para o usuário final, o WiMAX seria a garantia de Internet banda larga sem fio com cobertura ampla o suficiente para cobrir um cidade inteira. Transmissões de vídeo ao vivo também seriam possíveis por meio desta tecnologia.
As diferenças de rede, em um primeiro momento, se limitam à capacidade de servir a objetos em movimento (Mobile) ou apenas a objetos parados (Fixed). As discussões sobre o padrão e a tecnologia seguem em uma série de Wi-MAX Fórums dos quais participam empresas como Intel, Nokia e Qualcomm.
No Brasil, a Neovia provedora de acesso à Internet em banda larga por meio de diversas tecnologias, entre elas o Wi-Max, anunciou que pretende vender antenas indoor Wi-Max para usuários finais ainda em 2006. O equipamento custará, inicialmente, cerca de US$ 500, mas segundo representantes da empresa, o preço deve cair com as vendas do aparelho. Em março deste ano, a rede da Neovia conta com 4 mil pontos de presença, em 4,5 mil prédios, em 25 cidades. Cerca de 30% deste total usam a tecnologia Wi-Max. A empresa oferece cobertura em toda a cidade de São Paulo e expandirá a cobertura para o interior do estado até o final de julho.
Infravermelho
O infravermelho entra como uma espécie de menção honrosa, já que as velocidades das aplicações para transmissão de dados sem fio desta tecnologia são muito baixas. As aplicações do infravermelho se limitam a controles remotos ? que, apesar de importantíssimos, não envolvem nada tecnologicamente extraordinário ?, periféricos, como mouse e teclado sem fio, e transmissão de pequenas quantidades de dados entre dispositivos móveis como PDAs e celulares.
Além da limitação da velocidade e portanto da quantidade de dados que o infravermelho pode transmitir, existe um fator limitador que é físico. Ou seja, para funcionar ? como todos que usam controle remoto sabem ? os dois aparelhos devem estar no ?campo de visão? para que o infravermelho seja emitido e recebido com sucesso.
Perspectivas
Essas são, portanto as principais soluções de tecnologia sem fio utilizadas atualmente e que puxam, a reboque, a convergência. Não seria difícil que, com o tempo, boa parte dessas tecnologias também convergissem ? ou seja, que o usuário só precisasse do Wi-Fi, ou do WiMAX para tudo ? celular, computador, PDA e qualquer outro dispositivo. Mas, até lá, é natural ? e positivo ? que surjam diversas tecnologias ? assim elas competem e ganha a maior fatia de mercado a melhor e a mais barata. Foi assim entre o Beta Max e o VHS, promete ser assim com o Blu-Ray e o HD-DVD, e pode ser assim com as tecnologias de conexão, que atualmente se complementam, mas podem acabar competindo entre si para oferecer uma solução única.
Afinal, qual é a tecnologia que está por trás da conexão sem fio de laptops e PDAs à Internet? Qual é a tecnologia que permite que celulares se comuniquem com fones e aparelhos de viva-voz? Essa é a mesma tecnologia utilizada por PDAs, celulares e laptops para conversar entre si? Será que um dia a cidade inteira estará coberta por uma enorme rede sem fio na qual poderemos nos conectar quando e onde quisermos? O WNews preparou um verdadeiro bê-a-bá sobre tecnologias sem fio pra você não ficar mais perdido sobre este assunto. Confira a seguir.
Wi-Fi/WLAN
Wi-Fi, sigla para "wireless fidelity" ? ou fidelidade sem-fio ?, refere-se a um tipo de conexão entre computadores, PDAs e até celulares com uma rede sem a necessidade de fios. Já WLAN, que quer dizer a mesma coisa, é um pouco mais específica e quer dizer Wireless Local Área Network ? ou rede sem fio local.
Ou seja, em ambas, o sinal de Internet ou de uma Intranet sai do cabo e ganha o ar, em forma de ondas de rádio, e passa a ser captado por qualquer equipamento habilitado com essas tecnologias wireless. Em redes Wi-Fi do tipo 802.11g (que é um dos padrões desta tecnologia), a velocidade pode chegar a 54 Mbps, enquanto as 802.11b se limitam a 11 Mbps. Com isso os usuários ganham liberdade para acessar documentos importantes, informações de estoque, e-mails ou um simples perfil no Orkut em qualquer lugar coberto pela rede.
Uma rede Wi-Fi consiste basicamente de uma conexão de Internet a cabo ligada a um access point ? que emite um sinal sem fio de Internet ?, e que se comunica com um laptop, um desktop ou um PDA compatível com esta tecnologia.
Prós e contras
A opção por uma rede Wi-Fi traz consigo vantagens e desvantagens. Uma instalação Wi-Fi pode ser mais cara ou mais barata que uma rede a cabo ? isso geralmente depende da quantidade de computadores que serão ligados em rede. Quando são muitos os computadores, a conexão sem fio geralmente é mais vantajosa já que o cabeamento em grandes escritórios, por exemplo, pode custar milhares de reais.
Outro fator que deve ser considerado é a segurança da rede wireless frente ao conforto que ela traz. Ou seja, ao mesmo tempo em que a conexão sem fio oferece liberdade aos usuários, as informações estão literalmente no ar, o que faz aumentar a já incômoda preocupação com segurança e criptografia de dados.
Para aumentar e garantir a cobertura, existem repetidores de sinal, vendidos pelas mesmas empresas que fabricam access points - aqueles aparelhos que, como dissemos acima, emitem o sinal da Internet sem fio - e que aumentam a área de atuação da rede wireless. Já para contornar a questão da segurança, boa parte dos softwares que vêm nos access points oferecem, durante a configuração, alguma forma de proteção da rede ? geralmente com a utilização de senhas. Ficou interessado na tecnologia? Então acesse o tutorial ?Como montar uma rede Wi-Fi? e entre para o mundo sem fio.
Bluetooth
O nome, de início, chama atenção ? bluetooth, ou Dente Azul. A tecnologia para transmissão de dados recebeu este nome em homenagem ao rei dinamarquês Harald Bluetooth, conhecido em sua época ? o século X ? por sua ótima capacidade diplomática e de negociação. Nada mais apropriado ? a tecnologia de conexão sem fio bluetooth talvez seja a de mais fácil configuração e sincronização.
A solução bluetooth basicamente permite que dados sejam transferidos pelo ar em curtas distâncias ocupando uma banda de rádio de 2,4GHz ? a mesma de muitos access points com tecnologia Wi-Fi e dos mais recentes telefones sem fio. Atualmente os dispositivos mais conhecidos por utilizar a solução são os celulares, os fones de ouvido, os aparelho de viva voz, alguns computadores e aos poucos os PDAs. Outros aparelhos que também utilizam a tecnologia são mouses, impressoras, receptores de GPS e controles de videogame (Nintendo Wii, por exemplo). O bluetooth é usado até para montar pequenas redes de computador nas quais não se requer altas taxas de transferência de dados.
A taxa média de fluxo de dados é de 1Mbps e a distância para conexão varia entre 1 metro e 100 metros ? porém, a maior parte dos aparelhos funciona com distância máxima de cerca de 10 metros. Em março deste ano, a Bluetooth Special Interest Group (SIG) anunciou que até 2008 a tecnologia deverá ter capacidade para atingir velocidades de até 100Mbps a uma distância máxima de 15 metros. Se você quer saber ainda mais sobre a tecnologia, acesse uma matéria que trata exclusivamente do assunto publicada pelo WNews com o título Bluetooth ? O que é isso afinal?
Wi-Max
Antes de ser uma tecnologia de conexão sem fio, WiMAX ? sigla para Worldwide Interoperability for Microwave Access ou Interoperabilidade Mundial para Acesso em Microondas ? é um padrão de tecnologia sem fio internacional estabelecido por uma série de parceiros comerciais.
Este padrão, que é internacional, foi criado para que dispositivos pudessem ser desenvolvidos e certificados pela tecnologia WiMAX, que é, em última instância, uma versão turbinada do Wi-Fi ? tanto em velocidade quanto em área de cobertura. É claro que algumas diferenças técnicas existem, mas para o usuário final, o WiMAX seria a garantia de Internet banda larga sem fio com cobertura ampla o suficiente para cobrir um cidade inteira. Transmissões de vídeo ao vivo também seriam possíveis por meio desta tecnologia.
As diferenças de rede, em um primeiro momento, se limitam à capacidade de servir a objetos em movimento (Mobile) ou apenas a objetos parados (Fixed). As discussões sobre o padrão e a tecnologia seguem em uma série de Wi-MAX Fórums dos quais participam empresas como Intel, Nokia e Qualcomm.
No Brasil, a Neovia provedora de acesso à Internet em banda larga por meio de diversas tecnologias, entre elas o Wi-Max, anunciou que pretende vender antenas indoor Wi-Max para usuários finais ainda em 2006. O equipamento custará, inicialmente, cerca de US$ 500, mas segundo representantes da empresa, o preço deve cair com as vendas do aparelho. Em março deste ano, a rede da Neovia conta com 4 mil pontos de presença, em 4,5 mil prédios, em 25 cidades. Cerca de 30% deste total usam a tecnologia Wi-Max. A empresa oferece cobertura em toda a cidade de São Paulo e expandirá a cobertura para o interior do estado até o final de julho.
Infravermelho
O infravermelho entra como uma espécie de menção honrosa, já que as velocidades das aplicações para transmissão de dados sem fio desta tecnologia são muito baixas. As aplicações do infravermelho se limitam a controles remotos ? que, apesar de importantíssimos, não envolvem nada tecnologicamente extraordinário ?, periféricos, como mouse e teclado sem fio, e transmissão de pequenas quantidades de dados entre dispositivos móveis como PDAs e celulares.
Além da limitação da velocidade e portanto da quantidade de dados que o infravermelho pode transmitir, existe um fator limitador que é físico. Ou seja, para funcionar ? como todos que usam controle remoto sabem ? os dois aparelhos devem estar no ?campo de visão? para que o infravermelho seja emitido e recebido com sucesso.
Perspectivas
Essas são, portanto as principais soluções de tecnologia sem fio utilizadas atualmente e que puxam, a reboque, a convergência. Não seria difícil que, com o tempo, boa parte dessas tecnologias também convergissem ? ou seja, que o usuário só precisasse do Wi-Fi, ou do WiMAX para tudo ? celular, computador, PDA e qualquer outro dispositivo. Mas, até lá, é natural ? e positivo ? que surjam diversas tecnologias ? assim elas competem e ganha a maior fatia de mercado a melhor e a mais barata. Foi assim entre o Beta Max e o VHS, promete ser assim com o Blu-Ray e o HD-DVD, e pode ser assim com as tecnologias de conexão, que atualmente se complementam, mas podem acabar competindo entre si para oferecer uma solução única.
Entenda tudo sobre Pilhas Recarregáveis
Introdução
Com a popularização de aparelhos como câmeras digitais e MP3-Players, as pilhas recarregáveis são cada vez mais procuradas. O motivo principal é o fato das pilhas descartáveis serem caras para quem precisa de uso constante delas. Este artigo mostrará as principais características das pilhas recarregáveis (incluindo a capacidade - mAh) e abordará os tipos mais comuns (NiCd e NiMH).
O que são pilhas recarregáveis?
Uma pilha convencional é descartada quando sua carga acaba ou fica em nível insuficiente de energia (fraca). Com uma pilha recarregável, basta utilizar um aparelho adequado para que sua carga de energia seja restabelecida. Com isso, a pilha pode ser utilizada novamente.
É importante frisar que uma pilha (ou bateria) convencional não pode ser recarregada. Embora haja aparelhos para isso, a composição química desse tipo de pilha não é preparada para recargas. Como conseqüência, pode acontecer vazamentos (e intoxicações oriundas), mal-funcionamento do dispositivo e até explosões!
As pilhas recarregáveis são capazes de receber recarga, porém não de maneira infinita. A validade padrão dessas pilhas depende de seu tipo e do seu bom uso.
Tipos de pilhas recarregáveis
O mercado oferece, basicamente, dois tipos de pilhas recarregáveis: NiCd e MiMH. Saiba mais a seguir:
NiCd (Nickel Cadmium)
Também chamadas de Níquel Cádmio, esse é o tipo de pilha recarregável que surgiu primeiro. Normalmente as pilhas NiCd são mais baratas, porém têm menor tempo de vida útil, além de terem menor capacidade de carga.
As baterias de Níquel Cádmio podem sofrer de um problema chamado "efeito memória". Quando isso ocorre, a pilha deixa de ser carregada totalmente por sua composição química dar sinal de que a carga está completa. Para entender melhor, imagine que uma pilha tem um efeito memória que atinge 10% de sua capacidade. Isso indica que sua carga será de 90%, pois a pilha indicará que os 10% restantes já estão carregados.
O efeito memória acontece quando resíduos de carga na pilha induzem a formação de pequenos blocos de cádmio. A melhor maneira de evitar o problema é não fazer recargas quando a bateria está parcialmente descarregada. É melhor esperar até a pilha "ficar fraca" e você não conseguir mais utilizá-la em seu aparelho para então recarregá-la.
As pilhas NiCd estão cada vez mais em desuso, pois além do efeito memória, de terem menor capacidade e menor tempo de vida útil, esse tipo de bateria é muito poluente, já que o cádmio é um elemento químico altamente tóxico e prejudicial ao meio ambiente.
NiMH (Níquel-Metal Hydride)
Também denominadas de Níquel Metal Hidreto, as pilhas NiMH são o tipo mais usado atualmente, pois oferecem maior capacidade, maior tempo de vida, suportam mais recargas se comparado ao NiCd (dependendo do fabricante, isso pode não ser verdadeiro) e são menos poluentes, já que não utilizam materiais pesados, como o cádmio. Outra vantagem desse tipo é a não existência do efeito memória.
Há também um tipo chamado LiIon (Lithium Íon), também conhecido como Lítio Íon. Baterias que usam esse padrão são as mais vantajosas, pois possuem tempo de vida útil maior e podem ter maior capacidade de carga, porém são mais caras e é difícil encontrar pilhas nos formatos AA e AAA com essa tecnologia.
Capacidade (em mAh)
A capacidade de energia das pilhas é medida em miliampéres por hora, cuja sigla é mAh. Assim, é necessário conhecer o consumo de cada aparelho para medir o tempo de duração de uso da pilha no dispositivo.
Como exemplo, imagine que você tenha um MP3-Player que utiliza uma pilha do tipo AAA e consome 200 mA. Se a pilha tiver capacidade de 1000 mAh, sua duração será de:
1000 / 200 = 5 horas
É claro que esse cálculo não é preciso, já que outros fatores e características do aparelho podem aumentar o consumo.
Carregadores
Como o nome indica, carregadores são aparelhos responsáveis por recarregar as pilhas. O procedimento para isso freqüentemente é simples: basta colocar um ou dois pares de pilhas recarregáveis no dispositivo e encaixá-lo em uma tomada da rede elétrica.
Esse modo de trabalho nos faz pensar que o carregamento da pilha é feito transferindo-se energia da rede para a pilha, tal como se tira água de uma torneira para encher uma garrafa. Na verdade, não é tão simples assim.
O processo de recarga de pilhas consiste em passar uma corrente elétrica por elas de forma que a energia seja "capturada" e armazenada. Quanto maior a corrente (carregadores mais rápidos), menor é o tempo de recarga. No entanto, a maior "velocidade de trabalho" faz com que a geração de calor aumente, motivo pelo qual deve-se escolher um carregador capaz de identificar quando a pilha está totalmente carregada para cortar a corrente. O super-aquecimento pode fazer a pilha vazar e, na pior das hipóteses, explodir.
No mercado, são mais comuns os aparelhos que fazem uma recarga mais lenta. As vantagens desse tipo estão no preço e na diminuição drástica do risco de super-aquecimento das pilhas. Além disso, as pilhas acabam tendo vida útil maior.
Na escolha de um carregador, prefira os modelos que trabalham tanto com NiCd como com NiMH. Dê preferência aos aparelhos que cortam a corrente (na verdade, mantém uma corrente baixa para manter a energia na pilha) quando sua carga estiver completa.
Pilhas falsas
Com o uso crescente de pilhas recarregáveis, a indústria pirata não se limitou a falsificar pilhas convencionais. Dependendo do lugar, é muito mais fácil achar baterias falsas do que verdadeiras. O motivo de tamanha distribuição é a oferta por um preço bem mais em conta.
As pilhas falsificadas - sejam elas convencionais ou recarregáveis - podem trazer transtornos. Esse tipo de pilha deve ser evitado, entre outros, pelos seguintes motivos:
:: Freqüentemente possui menos capacidade do que informa a embalagem;
:: Utiliza tecnologia inferior à anunciada, por exemplo, NiCd ao invés de NiMH;
:: Pode ter qualidade inferior e vazar mais facilmente;
:: Pode possuir tempo de vida útil mais curto que o normal.
Os falsificadores de pilhas se mostram muito habilidosos nessa "arte". Mesmo assim, é possível descobrir quando uma pilha é falsa observando uma série de características. Por exemplo, é comum piratas anunciarem que uma pilha AA tem 3600 mAh quando, na verdade, o máximo que já se conseguiu (até o fechamento deste artigo) é 2600 mAh.
Por isso, é recomendável comprar pilhas em lojas ou sites renomados. Na dúvida, você pode entrar em contato com um fabricante ou distribuidor oficial para saber quais estabelecimentos ou sites vendem o produto. Pode ser um pouco mais caro adquirir o original, mas ao menos você não estará comprando "gato por lebre".
Finalizando
As pilhas recarregáveis são muito úteis e alguns pequenos cuidados ajudam a aproveitá-las mais. Evite expô-las ao calor e manipule-as em um lugar seguro para evitar que elas caiam no chão. Se uma pilha apresentar vazamento ou sinal de ferrugem é melhor descartá-la (faça isso usando um coletor apropriado).
Escolhendo bem e cuidando de suas pilhas, seu MP3-Player, sua câmera digital, demais aparelhos e o seu bolso agradecem.
Com a popularização de aparelhos como câmeras digitais e MP3-Players, as pilhas recarregáveis são cada vez mais procuradas. O motivo principal é o fato das pilhas descartáveis serem caras para quem precisa de uso constante delas. Este artigo mostrará as principais características das pilhas recarregáveis (incluindo a capacidade - mAh) e abordará os tipos mais comuns (NiCd e NiMH).
O que são pilhas recarregáveis?
Uma pilha convencional é descartada quando sua carga acaba ou fica em nível insuficiente de energia (fraca). Com uma pilha recarregável, basta utilizar um aparelho adequado para que sua carga de energia seja restabelecida. Com isso, a pilha pode ser utilizada novamente.
É importante frisar que uma pilha (ou bateria) convencional não pode ser recarregada. Embora haja aparelhos para isso, a composição química desse tipo de pilha não é preparada para recargas. Como conseqüência, pode acontecer vazamentos (e intoxicações oriundas), mal-funcionamento do dispositivo e até explosões!
As pilhas recarregáveis são capazes de receber recarga, porém não de maneira infinita. A validade padrão dessas pilhas depende de seu tipo e do seu bom uso.
Tipos de pilhas recarregáveis
O mercado oferece, basicamente, dois tipos de pilhas recarregáveis: NiCd e MiMH. Saiba mais a seguir:
NiCd (Nickel Cadmium)
Também chamadas de Níquel Cádmio, esse é o tipo de pilha recarregável que surgiu primeiro. Normalmente as pilhas NiCd são mais baratas, porém têm menor tempo de vida útil, além de terem menor capacidade de carga.
As baterias de Níquel Cádmio podem sofrer de um problema chamado "efeito memória". Quando isso ocorre, a pilha deixa de ser carregada totalmente por sua composição química dar sinal de que a carga está completa. Para entender melhor, imagine que uma pilha tem um efeito memória que atinge 10% de sua capacidade. Isso indica que sua carga será de 90%, pois a pilha indicará que os 10% restantes já estão carregados.
O efeito memória acontece quando resíduos de carga na pilha induzem a formação de pequenos blocos de cádmio. A melhor maneira de evitar o problema é não fazer recargas quando a bateria está parcialmente descarregada. É melhor esperar até a pilha "ficar fraca" e você não conseguir mais utilizá-la em seu aparelho para então recarregá-la.
As pilhas NiCd estão cada vez mais em desuso, pois além do efeito memória, de terem menor capacidade e menor tempo de vida útil, esse tipo de bateria é muito poluente, já que o cádmio é um elemento químico altamente tóxico e prejudicial ao meio ambiente.
NiMH (Níquel-Metal Hydride)
Também denominadas de Níquel Metal Hidreto, as pilhas NiMH são o tipo mais usado atualmente, pois oferecem maior capacidade, maior tempo de vida, suportam mais recargas se comparado ao NiCd (dependendo do fabricante, isso pode não ser verdadeiro) e são menos poluentes, já que não utilizam materiais pesados, como o cádmio. Outra vantagem desse tipo é a não existência do efeito memória.
Há também um tipo chamado LiIon (Lithium Íon), também conhecido como Lítio Íon. Baterias que usam esse padrão são as mais vantajosas, pois possuem tempo de vida útil maior e podem ter maior capacidade de carga, porém são mais caras e é difícil encontrar pilhas nos formatos AA e AAA com essa tecnologia.
Capacidade (em mAh)
A capacidade de energia das pilhas é medida em miliampéres por hora, cuja sigla é mAh. Assim, é necessário conhecer o consumo de cada aparelho para medir o tempo de duração de uso da pilha no dispositivo.
Como exemplo, imagine que você tenha um MP3-Player que utiliza uma pilha do tipo AAA e consome 200 mA. Se a pilha tiver capacidade de 1000 mAh, sua duração será de:
1000 / 200 = 5 horas
É claro que esse cálculo não é preciso, já que outros fatores e características do aparelho podem aumentar o consumo.
Carregadores
Como o nome indica, carregadores são aparelhos responsáveis por recarregar as pilhas. O procedimento para isso freqüentemente é simples: basta colocar um ou dois pares de pilhas recarregáveis no dispositivo e encaixá-lo em uma tomada da rede elétrica.
Esse modo de trabalho nos faz pensar que o carregamento da pilha é feito transferindo-se energia da rede para a pilha, tal como se tira água de uma torneira para encher uma garrafa. Na verdade, não é tão simples assim.
O processo de recarga de pilhas consiste em passar uma corrente elétrica por elas de forma que a energia seja "capturada" e armazenada. Quanto maior a corrente (carregadores mais rápidos), menor é o tempo de recarga. No entanto, a maior "velocidade de trabalho" faz com que a geração de calor aumente, motivo pelo qual deve-se escolher um carregador capaz de identificar quando a pilha está totalmente carregada para cortar a corrente. O super-aquecimento pode fazer a pilha vazar e, na pior das hipóteses, explodir.
No mercado, são mais comuns os aparelhos que fazem uma recarga mais lenta. As vantagens desse tipo estão no preço e na diminuição drástica do risco de super-aquecimento das pilhas. Além disso, as pilhas acabam tendo vida útil maior.
Na escolha de um carregador, prefira os modelos que trabalham tanto com NiCd como com NiMH. Dê preferência aos aparelhos que cortam a corrente (na verdade, mantém uma corrente baixa para manter a energia na pilha) quando sua carga estiver completa.
Pilhas falsas
Com o uso crescente de pilhas recarregáveis, a indústria pirata não se limitou a falsificar pilhas convencionais. Dependendo do lugar, é muito mais fácil achar baterias falsas do que verdadeiras. O motivo de tamanha distribuição é a oferta por um preço bem mais em conta.
As pilhas falsificadas - sejam elas convencionais ou recarregáveis - podem trazer transtornos. Esse tipo de pilha deve ser evitado, entre outros, pelos seguintes motivos:
:: Freqüentemente possui menos capacidade do que informa a embalagem;
:: Utiliza tecnologia inferior à anunciada, por exemplo, NiCd ao invés de NiMH;
:: Pode ter qualidade inferior e vazar mais facilmente;
:: Pode possuir tempo de vida útil mais curto que o normal.
Os falsificadores de pilhas se mostram muito habilidosos nessa "arte". Mesmo assim, é possível descobrir quando uma pilha é falsa observando uma série de características. Por exemplo, é comum piratas anunciarem que uma pilha AA tem 3600 mAh quando, na verdade, o máximo que já se conseguiu (até o fechamento deste artigo) é 2600 mAh.
Por isso, é recomendável comprar pilhas em lojas ou sites renomados. Na dúvida, você pode entrar em contato com um fabricante ou distribuidor oficial para saber quais estabelecimentos ou sites vendem o produto. Pode ser um pouco mais caro adquirir o original, mas ao menos você não estará comprando "gato por lebre".
Finalizando
As pilhas recarregáveis são muito úteis e alguns pequenos cuidados ajudam a aproveitá-las mais. Evite expô-las ao calor e manipule-as em um lugar seguro para evitar que elas caiam no chão. Se uma pilha apresentar vazamento ou sinal de ferrugem é melhor descartá-la (faça isso usando um coletor apropriado).
Escolhendo bem e cuidando de suas pilhas, seu MP3-Player, sua câmera digital, demais aparelhos e o seu bolso agradecem.
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