Como os painéis solares funcionam? – Richard Komp

Veja a lição completa: https://ed.ted.com/lessons/how-do-solar-panels-work-richard-komp

A Terra recebe muita energia solar: 173 mil terawatts. Isto é 10 mil vezes mais energia do que a população do planeta usa. É possível que, um dia, o mundo possa depender completamente da energia solar? Richard Komp examina como os painéis solares convertem a energia solar em energia elétrica.

Lição de Richard Komp, animação de Globizco.

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.