Juntando tudo: as principais partes de um sistema solar fotovoltaico

Os sistemas solares fotovoltaicos são um dos exemplos mais amplamente considerados e instalados de tecnologia renovável no mundo. Mas, para alguns, como eles realmente funcionam pode ser um mistério – quase mágico.

Mas, realmente não precisa ser. Exatamente como eles funcionam e o que compõe um sistema fotovoltaico é realmente muito interessante.

Portanto, se você já se perguntou o que é realmente um sistema fotovoltaico solar, ou como ele funciona, fizemos um guia muito curto para ajudá-lo a entender o básico.

Aproveitar.

Simplificando, os painéis solares fotovoltaicos convertem a luz solar em eletricidade por meio de um processo conhecido como efeito fotovoltaico (PV). Intimamente relacionado ao efeito fotoelétrico, o efeito PV foi demonstrado pela primeira vez no final da década de 1830 por Edmond Becquerel.

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Becquerel notou que quando placas de platina ou ouro eram imersas em soluções ácidas, neutras ou alcalinas e expostas à radiação solar, uma pequena corrente elétrica podia ser gerada. Um pouco mais tarde, na década de 1880, Charles Fritts conseguiu desenvolver a primeira verdadeira célula solar feita de selênio coberto com uma fina camada de ouro.

Embora este painel tenha funcionado, ele teve uma eficiência muito baixa.

Os painéis solares modernos funcionam quando os fótons da luz solar libertam os elétrons dos átomos, gerando um fluxo de eletricidade. Os painéis são na verdade compostos de unidades menores chamadas células fotovoltaicas. Essas células solares são um sanduíche de semicondutores feitos de silício "dopados" com outros materiais.

Boro ou índio são geralmente adicionados a uma camada, dando-lhe uma carga positiva. Essencialmente, adicionar um átomo de boro a um grupo de átomos de silício cria um "buraco" - um espaço que seria ocupado por um elétron no silício puro. Isso é chamado de dopagem tipo p ou semicondutor tipo p (p é para positivo). A outra camada geralmente é dopada com fósforo ou arsênico, o que adiciona elétrons extras, ou uma carga negativa, a essa camada (isso é chamado de dopagem do tipo n, ou um semicondutor do tipo n, para negativo).

Ensanduichar as duas camadas cria um campo elétrico na junção - chamado de junção pn. Quando exposto à luz, um campo elétrico é gerado dentro dessa junção, pois os elétrons absorvem a energia dos fótons e se libertam de seu átomo "pai".

Este processo deixa para trás um "buraco" nas ligações de valência do material do qual o átomo escapou. Por causa do campo elétrico preexistente na junção pn, esses elétrons e "buracos" se movem em direções opostas - o elétron para o lado n e o "buraco" para o lado p.

Este movimento do elétron cria uma corrente elétrica na célula. Placas condutoras de metal nas laterais da célula coletam os elétrons e os transferem para fios, permitindo que os elétrons fluam como qualquer outra fonte de eletricidade.

Curiosamente, a maioria das fotocélulas tende a ser mais eficiente quanto menor for, de modo que cada painel fotovoltaico é geralmente composto de muitas células pequenas. Se você olhar atentamente para um painel solar, poderá ver todas as fotocélulas de subunidades menores que compõem o painel principal.

Normalmente feitas de silício dopado (embora germânio, sulfeto de chumbo e outros semicondutores possam ser usados), as células fotovoltaicas são as potências de qualquer painel fotovoltaico moderno.

Mais sobre isso na próxima seção.

Os painéis fotovoltaicos, como qualquer peça de tecnologia, são uma mistura de diferentes materiais que compõem diferentes partes, desde a fotocélula até o quadro e tudo mais. No entanto, o que a maioria das pessoas quer dizer ao fazer uma pergunta como essa é qual é o ingrediente mágico que dá ao painel fotovoltaico sua capacidade aparentemente mágica de criar eletricidade a partir da luz solar.

Esse material maravilhoso também é uma das substâncias mais abundantes na Terra vegetal – o silício. Na verdade, representa cerca de 30% da crosta terrestre, mais ou menos.

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