A tecnologia para a captura da energia do sol tem evoluído bastante, ao ponto de muitos proprietários instalarem painéis solares por conseguirem obter energia elétrica de forma mais barata.
Se à alguns anos atrás dissesse a alguém que um painel deixado ao sol poderia produzir energia elétrica para abastecer habitações e empresas, a reação mais provável seria um sorriso condescendente.
A primeira célula solar foi construída por Charles Fritts na década de 1880 e teve uma eficiência de conversão na ordem dos 1%. Hoje, os painéis solares disponíveis no mercado são mais eficientes e, os melhores, têm índices de eficiência na ordem dos 23%, enquanto que a maioria dos painéis varia entre os 12% e os 16%. Contudo, a eficiência dos painéis solares pode subir para valores de até 46%, no caso das células fotovoltaicas com múltiplas junções que captam energia de múltiplos espectros.
Se tudo isto lhe parece familiar é porque as plantas têm aproveitado a energia do sol há centenas de milhões de anos. Mas, embora ambos os processos coletem energia do sol, eles usam essa energia de forma diferente. As plantas convertem a energia do sol em energia química, enquanto as células solares produzem a eletricidade. Isto leva-nos a uma questão interessante: como funcionam os painéis solares?
Como funcionam os painéis solares?
Os painéis solares produzem eletricidade quando os fotões destroem os eletrões do material. Na verdade, um painel solar é composto por uma série de unidades menores chamadas células fotovoltaicas, que são o que realmente converte a energia solar em energia elétrica. O painel solar típico é composto por uma armação de metal, um vidro e vários fios que permite que a corrente flua das células de silício. Como os painéis solares produzem energia elétrica em corrente contínua, é necessário um inversor para transformar a corrente em alternada, que é a que utilizamos nas nossas casas.
Em termos de física, a energia solar é baseada no efeito fotovoltaico, em que dois materiais diferentes, em contacto próximo, produzem uma voltagem elétrica quando entram em contacto com a luz. Na energia solar, os materiais pertencem a uma classe chamada semicondutores – nem condutores nem isoladores elétricos que permitam os eletrões flutuar em certas condições. O semicondutor mais comum usado na indústria solar é o silício.
Os semicondutores podem ser de dois tipos: P e N. Cada célula impregna dois desses semicondutores, uma camada do tipo P e uma camada do tipo N (que se assemelha a uma bateria).
Os semicondutores do tipo P tendem a captar uma pequena carga positiva, enquanto que os do tipo N têm uma carga negativa. Tipicamente, o material semicondutor é dotado com impurezas que os tornam mais suscetíveis a dar ou a receber eletrões, porque cristais, como o silício e o germânio, não permitem que os eletrões se movam livremente de átomo para átomo. É muito semelhante às baterias quando um dos eletrodos tem uma carga negativa em relação ao outro.
É a combinação P-N, onde os eletrões conseguem atravessar de um lado para o outro, mas apenas num sentido. Imagine uma montanha, os eletrões conseguem facilmente descer (sentido do N), mas não conseguem subir (sentido do P).
Cada fotão com energia suficiente consegue libertar um eletrão, dando origem a um “buraco”. O campo elétrico fará com que o eletrão migre para o lado N e o “buraco” para o lado P.
Isso acontece quando um eletrão é excitado consumindo a energia recebida da luz solar. Se não fosse o material formado da combinação, muito provavelmente os eletrões teriam voltado ao seu estado fundamental. E, como os eletrões só podem circular numa única direção, de N para P, o efeito fotovoltaico produz uma corrente contínua. Essa corrente, em conjunto com a voltagem das células, defina a potência que o painel solar irá produzir.
Funcionamento dos painéis solares
O futuro
Segundo a International Energy Association (IEA), a energia solar fotovoltaica cresceu mais rápido do que qualquer outra fonte de energia no ano de 2016. A organização estima que a capacidade solar aumente, nos próximos quatro anos, mais que qualquer outra fonte de energia renovável.
Grande parte desta procura vem da China, que deverá construir 40% dos novos parques solares que irão ser construídos em todo o mundo até 2022. Junto com a evolução de outros países, como a Índia, Japão e EUA, a IEA estima que até 2022 o mundo triplique a capacidade solar instalada para 880GW. Isso equivale metade da capacidade instalada de centrais a carvão, que levaram mais de 80 anos a serem construídas. Para além de tudo isso, esta evolução dos próximos cinco anos, levará a que sejam instalados mais de 70.000 painéis solares por hora, o suficiente para cobrir 1.000 campos de futebol todos os dias.
Para além da redução da dependência dos combustíveis fósseis, grandes parques solares podem também provocar efeitos benéficos nos locais onde são instalados.
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