Como funcionam os painéis solares?

Painéis solares coroam telhados e placas de beira de estrada e ajudam a manter a espaçonave alimentada. Mas como funcionam os painéis solares?

Simplificando, um painel solar funciona permitindo que fótons, ou partículas de luz, liberem elétrons dos átomos , gerando um fluxo de eletricidade , de acordo com a Universidade de Minnesota Duluth. (abre em nova aba). Os painéis solares na verdade compreendem muitas unidades menores chamadas células fotovoltaicas – isso significa que convertem a luz solar em eletricidade. Muitas células unidas formam um painel solar.

Cada célula fotovoltaica é basicamente um sanduíche composto por duas fatias de material semicondutor. De acordo com os Anais da Conferência Nacional de Pós-Graduação 2012(abre em nova aba), as células fotovoltaicas são geralmente feitas de silício – o mesmo material usado na microeletrônica.

Para funcionar, as células fotovoltaicas precisam estabelecer um campo elétrico. Assim como um campo magnético , que ocorre devido a pólos opostos, um campo elétrico ocorre quando cargas opostas são separadas. Para obter esse campo, os fabricantes “dopam” o silício com outros materiais, dando a cada fatia do sanduíche uma carga elétrica positiva ou negativa.

Especificamente, eles semeiam fósforo na camada superior de silício, de acordo com a American Chemical Society(abre em nova aba), que adiciona elétrons extras, com carga negativa, a essa camada. Enquanto isso, a camada inferior recebe uma dose de boro , o que resulta em menos elétrons, ou uma carga positiva. Tudo isso resulta em um campo elétrico na junção entre as camadas de silício. Então, quando um fóton de luz solar libera um elétron, o campo elétrico empurra esse elétron para fora da junção de silício.

Painéis solares no telhado

Em 2021, cerca de quatro por cento das casas dos EUA eram alimentadas por energia solar.(Crédito da imagem: Getty Images)

Alguns outros componentes da célula transformam esses elétrons em energia utilizável. Placas condutoras de metal nas laterais da célula coletam os elétrons e os transferem para os fios, de acordo com o Escritório de Eficiência Energética e Energia Renovável (EERE)(abre em nova aba). Nesse ponto, os elétrons podem fluir como qualquer outra fonte de eletricidade.

Os pesquisadores produziram células solares ultrafinas e flexíveis com apenas 1,3 mícron de espessura – cerca de 1/100 da largura de um fio de cabelo humano – e são 20 vezes mais leves que uma folha de papel de escritório. Na verdade, as células são tão leves que podem ficar em cima de uma bolha de sabão e, no entanto, produzem energia com tanta eficiência quanto as células solares à base de vidro, relataram cientistas em um estudo publicado em 2016 na revista Organic Electronics. (abre em nova aba). Células solares mais leves e flexíveis como essas podem ser integradas à arquitetura, tecnologia aeroespacial ou até mesmo eletrônicos vestíveis .  

Existem outros tipos de tecnologia de energia solar – incluindo energia solar térmica e solar concentrada (CSP) – que operam de maneira diferente dos painéis solares fotovoltaicos, mas todos aproveitam o poder da luz solar para criar eletricidade ou aquecer água ou ar.