Energia solar

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  • Publicado : 26 de novembro de 2011
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Introdução


células fotovoltaicas


Você já viu calculadoras sem pilha? Com luzsuficiente, elas parecem funcionar para sempre (algumas nem têm botão de desligar). Elas são bons exemplos do uso de células solares. Você pode ter visto painéis solares bem maiores, em placas ou telefones públicos de emergência, em estradas. Embora esses grandes painéis não sejam tão comuns comoas calculadoras que funcionam com energia solar, eles estão por aí, e não é difícil de achar se você souber onde procurar. Há conjuntos de células solares em satélites, para abastecer os sistemas elétricos.
Também é provável que você tenha ouvido sobre a "revolução solar" nos últimos 20 anos: a idéia de que um dia todos nós usaremos a eletricidade grátis do Sol. Este é um processo sedutor: em umdia claro e ensolarado, o sol brilha "despejando" aproximadamente 1.000 watts de energia por metro quadrado da superfície do planeta; e se pudéssemos coletar toda esta energia poderíamos facilmente fornecer energia para nossas casas e escritórios de graça.

Foto cedida DOE/NREL
Crédito da foto Agência SunLine Transit
Os painéis solares absorvem energia para produzir hidrogênio na AgênciaSunLine Transit
Neste artigo, examinaremos as células solares para aprender como elas convertem a energia do Sol diretamente em eletricidade. No processo, você aprenderá a razão pela qual estamos nos aproximando da energia solar diariamente e por que ainda precisamos pesquisar mais antes que o processo se torne economicamente viável.
Convertendo fótons em elétrons
As células solares dascalculadoras e satélites são células ou módulos fotovoltaicos (módulos são simplesmente um grupo de células conectadas eletricamente e reunidas em uma estrutura). Fotovoltaica, como diz a palavra (foto = luz, voltaica = eletricidade), converte a luz do Sol diretamente em eletricidade. Antes usadas quase que exclusivamente no espaço, as células fotovoltaicas são cada vez mais usadas de modos menos exóticos.Elas podem até mesmo abastecer uma casa de energia. Como esses dispositivos funcionam?
Células fotovoltaicas (FV) são feitas de materiais especiais chamados desemicondutores, como o silício, que é atualmente o mais comum. Basicamente, quando a luz atinge a célula, uma certa quantidade dela é absorvida pelo material semicondutor. Isso significa que a energia da luz absorvida é transferida para osemicondutor. A energia arranca os elétrons fracamente ligados, permitindo que eles possam fluir livremente. As células FV também possuem um ou mais campos elétricos que forçam os elétrons livres, pela absorção da luz, a fluir em um certo sentido. Este fluxo de elétrons é uma corrente; e pondo contatos de metal na parte superior e na parte inferior da célula FV, podemos drenar esta corrente parausá-la externamente. Por exemplo, a corrente pode abastecer uma calculadora. Essa corrente, juntamente com a voltagem da célula (que é um resultado de seu(s) campo(s) elétrico(s) embutido(s)), define a potência que a célula pode produzir.
Este é o processo básico, mas realmente há muito mais sobre isso. Vamos dar uma boa olhada em um exemplo de célula fotovoltaica: a célula de silíciomonocristalino.
O silício tem algumas propriedades químicas especiais, principalmente em sua forma cristalina. Um átomo de silício tem 14 elétrons, organizados em três camadas diferentes. As duas primeiras camadas, aquelas mais próximas do centro, estão completamente cheias. Já a camada mais externa é preenchida pela metade, tendo apenas quatro elétrons. Um átomo de silício sempre vai procurar modos decompletar até sua última camada, que gostaria de ter oito elétrons. Para fazer isso, ele vai partilhar os elétrons com quatro de seus átomos vizinhos de silício. É como se cada átomo estivesse de mãos dadas com seus vizinhos, exceto que, neste caso, cada átomo tem quatro mãos dadas para quatro vizinhos. É isso que forma a estrutura cristalina, importante para este tipo de célula FV.
Acabamos de...
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