COMO UM PAINEL SOLAR PRODUZ ELETRICIDADE?

Os painéis solares captam a luz do sol e a transformam em eletricidade. Você usufrui deste recurso tendo todo conforto que a vida moderna pode lhe oferecer e ainda tem uma economia extraordinária ajudando a preservar o meio ambiente. Mas como tudo isso acontece? Tudo parece tão mágico, mas na verdade é ciência. Os painéis solares usam um curioso recurso da ciência chamado efeito fotovoltaico que converte uma forma de energia em outra. Veja, neste artigo, como os painéis solares captam a luz, convertendo-a em eletricidade.

A ciência do sol

O soltem um potência extraordinária, produzindo cerca de 10 decilhões (que é um 1 seguido de 34 zeros) joules de energia por ano. Isso é muito. O planeta inteiro é banhado por essa imensa quantidade de energia e é essa uma das coisas que torna este lugar tão agradável para se viver. O sol administra o clima, aquecendo a atmosfera e tornando a vida possível e já que sobra tanta energia, não seria útil poder converter parte dessa energia em uma forma que pudéssemos usar?

É isso que as plantas fazem por meio da fotossíntese, usando a luz para combinar o carbono da atmosfera em açúcares que metabolizam para crescer. E os painéis solares que você vê em um número cada vez maior de telhados fazem algo semelhante, convertendo luz em eletricidade. Eles podem fazer isso por causa de algo chamado efeito fotovoltaico, que converte a energia solar em energia elétrica.

E a coisa toda acontece assim: Às vezes, quando a luz atinge um átomo, ela é absorvida por um dos elétrons ao redor do átomo, aumentando a energia desse elétron. Em alguns materiais (como alguns metais e silício), essa energia extra é suficiente para soltar o elétron do átomo, deixando-o se mover dentro da estrutura cristalina do material. Se você criar duas camadas de cristal, poderá explorar esse fenômeno.

Uma camada, chamada de material do tipo N, está “contaminada” com um produto químico (os cientistas chamam isso de doping), o que significa que há muitos elétrons nela, então tem elétrons de sobra. A outra camada está contaminada com outro material que a faz querer absorver mais elétrons, chamado material do tipo P. Esses elétrons não podem pular facilmente sobre a junção desses dois materiais (chamada de junção NP), então há uma diferença de voltagem entre as duas camadas. Se você conectar um circuito a cada lado deste painel, essa tensão pode ser usada para alimentar um aparelho ou para carregar uma bateria.

Cada célula solar gera apenas uma pequena voltagem, normalmente cerca de 0,5V. A quantidade de corrente criada depende do tamanho da célula. Se você conectar várias células juntas, essa tensão pode ser aumentada. Portanto, se você cobrir seu telhado com células solares conectadas, poderá coletar eletricidade suficiente para abastecer a maior parte da casa.

Os painéis solares também geram corrente contínua (CC) em vez da corrente alternada (CA) que sua concessionária fornece. Isso significa que a energia de um painel solar deve ser convertida antes que possa acionar os seus eletrodomésticos. Muitas vezes também parte dessa energia ser armazenada: Você pode precisar de energia quando faltar na sua concessionária.

A quantidade de eletricidade que pode ser produzida depende de quanta luz há para converter, e há outras limitações no processo. A quantidade de energia que eles capturam depende das propriedades do material que absorve a luz e da junção entre os dois materiais. Essa combinação só absorverá frequências específicas de luz. Alguns painéis solares modernos contornam isso incluindo vários materiais e junções entre eles (chamadas células de multijunção) que podem absorver diferentes frequências de luz para capturar mais energia disponível.

Os painéis solares são caros, mas os preços estão caindo lentamente

E nisso tudo há o custo. As células solares não são baratas de fazer, pois exigem o crescimento preciso de grandes cristais com composições químicas muito exatas. As outras partes do sistema (como o controlador de carga, o inversor e as baterias) também são caras, pois precisam ser capazes de lidar com grandes quantidades de energia. No entanto, os preços estão caindo constantemente, à medida que novas maneiras de fabricar células solares estão sendo desenvolvidas e novas fábricas estão sendo inauguradas para fabricar células solares perto de você. Embora a energia solar provavelmente não substitua completamente outras formas de geração de energia, veremos a energia solar como uma fonte de eletricidade cada vez mais importante.