Você já parou para se perguntar como a luz do sol é convertida em eletricidade? Pois saiba que existe uma ciência por trás da energia solar que está envolvida no processo de captação da luz feita pelos painéis solares.
Saiba agora os detalhes dessa ciência que é tão importante para obter uma energia limpa, renovável e que preserva o meio ambiente.
Funcionamento básico dos sistemas de energia solar
Os sistemas de energia solar operam por meio de duas etapas importantes: a captação da luz solar e a subsequente conversão em eletricidade.
A captação da luz solar é realizada por meio de painéis solares compostos por células fotovoltaicas, que são responsáveis por converter diretamente a luz solar em eletricidade utilizável.
As células fotovoltaicas consistem em camadas de materiais semicondutores. O material semicondutor que é mais comum de ser utilizado usado nos painéis solares é o silício.
Após a captação da luz solar e a geração de corrente elétrica, a eletricidade produzida pelos painéis solares é então convertida para um formato adequado para uso doméstico ou comercial.
Isso geralmente é feito por meio de inversores, que transformam a corrente contínua (DC) gerada pelos painéis solares em corrente alternada (AC), que é a forma de eletricidade usada na maioria das residências e edifícios.
O efeito fotovoltaico: transformação da luz em eletricidade
A transformação da luz solar em eletricidade é feita através de um fenômeno fundamental chamado efeito fotovoltaico. Esse processo acontece nas células fotovoltaicas presentes nos painéis solares.
Quando a luz solar atinge essas células, ocorre a absorção dos fótons, que são partículas de luz, pelos materiais semicondutores presentes nas células fotovoltaicas.
Os materiais semicondutores, como o silício, possuem propriedades especiais que permitem a conversão da energia luminosa em energia elétrica.
Quando os fótons da luz solar são absorvidos pelo material semicondutor, eles fornecem energia suficiente para “deslocar” os elétrons dos átomos e os libera para a formação de uma corrente elétrica.
Essa liberação de elétrons é realizada devido à diferença de energia entre os elétrons em seu estado “normal” e em seu estado “estimulado” após a absorção de um fóton.
Quando um fóton é absorvido, o elétron é “estimulado” para um nível de energia mais alto. Esse elétron, agora livre, pode se mover livremente dentro do material semicondutor e criar uma corrente elétrica.
A eficiência desse processo depende da qualidade dos materiais semicondutores utilizados nas células fotovoltaicas, bem como da intensidade da luz solar.
O uso dos painéis solares na captação da luz solar
O silício puro ou qualquer outro semicondutor não são eficientes na conversão direta da luz solar em eletricidade porque tendem a ficar neutros quando os elétrons são ejetados do átomo e absorvidos por outro átomo.
Por isso, é necessário realizar um processo chamado dopagem para criar camadas semicondutoras específicas dentro das células fotovoltaicas, que misturam outros elementos químicos ao silício.
Ou seja, a dopagem é um processo controlado que envolve a introdução de impurezas em materiais semicondutores para alterar suas propriedades elétricas.
Assim, se obtém dois tipos de um material semicondutor: tipo P, com átomos carregados positivamente, e o tipo N, com átomos carregados negativamente.
No tipo P, impurezas são adicionadas ao semicondutor para criar uma deficiência de elétrons. Por outro lado, impurezas são adicionadas para criar um excesso de elétrons no tipo N.
A junção entre as camadas tipo P e tipo N é essencial para o funcionamento das células fotovoltaicas. Quando a luz solar incide sobre a célula fotovoltaica, os fótons da luz são absorvidos pelos materiais semicondutores.
Isso gera uma energia suficiente para liberar elétrons da camada tipo N, que são então atraídos para a camada tipo P devido à diferença de cargas elétricas. Esse movimento de elétrons cria uma corrente elétrica, mas não acontece de modo natural.
Na junção entre as camadas, um campo elétrico surge e interrompe a movimentação dos elétrons. Como solução, as camadas precisam ser conectadas por fora dos painéis para que a corrente de elétrons seja contínua e conduzida até os cabos de saída dos painéis solares.
Confira este artigo também: Como Funciona a Manutenção de Um Sistema de Energia Solar
Os diferentes tipos de painéis solares disponíveis
Existem diferentes tipos de painéis solares disponíveis no mercado, cada um com características e eficiências distintas. Entre eles, seis se destacam.
Painel solar de silício monocristalino: possui células fotovoltaicas feitas a partir de um único cristal de silício, que oferece alta eficiência e desempenho.
Painel solar de silício policristalino: fabricado a partir de múltiplos cristais de silício, apresenta boa eficiência e custo mais acessível.
Painel solar de silício amorfo (a-Si): utiliza uma forma não cristalina de silício e costuma ter um empilhamento de camadas de silício para ter uma eficiência aprimorada.
Painel solar de telureto de cádmio (CdTe): feito com uma fina camada de telureto de cádmio, é amplamente utilizado devido à sua eficiência e tecnologia de película fina.
Painel solar de seleneto de cobre, índio e gálio (CIS /CIGS): utiliza uma combinação de elementos químicos para criar células fotovoltaicas de alta eficiência.
Painel solar híbrido (HJT): combina camadas de silício monocristalino com camadas de silício amorfo e resiste bem às temperaturas mais elevadas.
Conclusão
A ciência por trás da energia solar é fascinante e promissora, não concorda? A verdade é que a capacidade dos painéis solares de captar a luz solar e convertê-la em eletricidade é uma solução viável e sustentável para as necessidades energéticas atuais.
Portanto, ao entender o funcionamento e a ciência por trás da energia solar, estamos cada vez mais próximos de uma sociedade movida pela luz do sol, o que beneficia o meio ambiente e garante um futuro energético mais sustentável para as próximas gerações.
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