A Terra recebe muita energia solar: 173 mil terawatts. Isto é dez mil vezes mais energia do que a população do planeta usa. Será possível que, algum dia, o mundo dependa completamente da energia solar? Para responder a isto, precisamos primeiro examinar como os painéis solares convertem a energia solar em energia elétrica. Os painéis solares são constituídos por unidades menores, as células solares. As células solares mais comuns são feitas de silício, um semicondutor, que é o segundo elemento mais abundante da Terra. Em uma célula solar, silício cristalino está situado entre duas camadas condutoras. Cada átomo de silício une-se aos vizinhos por quatro ligações químicas fortes, que prendem seus elétrons e impedem a corrente elétrica. Eis o segredo: uma célula solar de silício usa duas camadas diferentes de silício. O silício tipo N tem elétrons extras, e o silício tipo P tem espaços disponíveis para elétrons, chamados de buracos. No contato entre os dois tipos de silício os elétrons podem atravessar a junção P-N, deixando uma carga positiva de um lado e criando carga negativa do outro. Você pode imaginar a luz como um fluxo de minúsculas partículas chamadas fótons, disparadas a partir do Sol. Se um fóton suficientemente energizado colidir com a célula de silício, ele pode arrancar um elétron de uma das ligações, deixando um buraco. O elétron que tem carga negativa e a posição do buraco, com carga positiva, podem agora se movimentar livremente. Mas devido ao campo elétrico na junção P-N, eles seguem numa única direção. O elétron é atraído para o lado N, enquanto o buraco vai para o lado P. Os elétrons móveis são coletados por delgados dedos metálicos, no topo da célula. Dali, eles fluem por um circuito externo, realizando trabalho elétrico, como acender uma lâmpada, antes de voltarem pela lâmina condutora, feita de alumínio, na parte posterior. Cada célula de silício fornece apenas 0,5 V, mas você pode dispô-las em módulos, para conseguir mais energia. Doze células fotovoltaicas são suficientes para carregar um celular, mas são necessários muitos módulos para alimentar uma casa inteira. Os elétrons são as únicas partes móveis de uma célula solar, e todos retornam para o lugar de onde vieram. Nada pode sofrer desgaste de modo que as células solares podem durar décadas. Então o que nos impede de usar intensamente a energia solar? Existem fatores políticos, sem falar na pressão do mercado para manter o status quo. Mas vamos manter o foco nos desafios físicos e logísticos. O mais óbvio de todos é que a energia solar se distribui de modo desigual no planeta. Algumas áreas são mais ensolaradas do que outras. É também inconstante. Há menos energia solar disponível em dias nublados ou à noite. Para confiabilidade total, seria necessário ter meios eficazes de levar eletricidade de locais ensolarados para os nebulosos, e de armazenar energia eficientemente. A eficiência da própria célula também é um desafio. Se a luz do Sol for refletida em vez de absorvida, ou se os elétrons arrancados voltarem ao buraco antes que entrem no circuito, a energia do fóton será desperdiçada. Até agora, a célula solar mais eficiente converte em eletricidade apenas 46% da luz sol solar disponível, sendo que a maioria dos sistemas comerciais tem eficiência de 15% a 20%. Apesar das limitações, ainda seria possível fornecer energia ao mundo inteiro com a tecnologia solar existente. Teríamos que financiar a construção da infraestrutura e de muito espaço. As estimativas vão de dezenas a centenas de milhares de quilômetros quadrados, o que parece ser muito, mas o Deserto do Saara sozinho tem uma área de quase 9,5 milhões de km². As células solares estão ficando melhores e mais baratas, e competindo com a rede elétrica. As inovações, tais como fazendas solares flutuantes, podem mudar o panorama totalmente. Pondo de lado os experimentos imaginários, o fato é que mais de 1 bilhão de pessoas não tem acesso à rede elétrica confiável, em especial nos países em desenvolvimento, muitos dos quais são ensolarados. Em lugares como esses, a energia solar já é muito mais barata e segura do que as alternativas disponíveis, como o querosene. Porém, para a Finlândia ou Seattle, a energia solar eficiente pode ainda estar um pouco distante.