Como funcionam os painéis solares? — Richard Komp

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

A Terra interceta muita energia solar: 173 000 terawatts. É 10 000 vezes mais energia do que a usada pela população do planeta. Então, será possível que, um dia, o mundo possa depender totalmente da energia solar? Richard Komp examina como os painéis solares transformam a energia solar em energia elétrica.

Lição de Richard Komp, animação de Globizco.

A Terra interceta muita energia solar:

173 000 terawatts.

Isto é 10 000 vezes mais energia
do que a usada pela população do planeta.

Então será possível que um dia

o mundo possa depender
totalmente da energia solar?

Para responder a esta pergunta,

primeiro precisamos de observar

como é que os painéis solares
convertem a energia solar em elétrica.

Os painéis solares são feitos de unidades
menores chamadas células solares.

As células solares
mais comuns são de silício,

um semicondutor que é o segundo elemento
mais abundante na Terra.

Numa célula solar,

colam-se cristais de silício
entre duas placas condutoras.

Cada átomo de silício está ligado
aos seus vizinhos por quatro ligações fortes,

que mantêm os eletrões no seu lugar,
de modo que não há fluxo de corrente.

O segredo é este:

uma célula solar de silício usa
duas camadas diferentes de silício.

Um silício do tipo n
apresenta eletrões extras,

e o silício do tipo p tem espaços extras
para eletrões, chamados buracos.

Onde os dois tipos de silício se encontram,

os eletrões podem circular pela junção p/n,

deixando um lado com uma carga positiva

e o outro lado com carga negativa.

Podem pensar na luz
como o fluxo de pequenas partículas

chamadas fotões,

que são disparados do Sol.

Quando um destes fotões choca com a
célula de silício com energia suficiente,

pode arrancar um eletrão da sua ligação,
deixando um buraco.

O eletrão com carga negativa
e o local do buraco com carga positiva

passam a poder movimentar-se livremente.

Mas devido ao campo elétrico
na junção p/n,

seguem apenas num sentido.

O eletrão é atraído para o lado n,

enquanto o buraco é atraído para o lado p.

Os eletrões móveis são apanhados por finos
dedos de metal no topo da célula.

A partir daí, eles fluem
por um circuito externo,

realizando trabalho elétrico,
como acender uma lâmpada,

antes de voltarem pela placa condutora
de alumínio, na parte de trás.

Cada célula de silício
gera apenas meio volt,

mas podemos agregá-las em módulos
para obter mais energia.

Doze células fotovoltaicas são suficientes
para carregar um telemóvel,

embora sejam necessários muito módulos
para fornecer energia a uma casa.

Os eletrões são as únicas partes móveis
numa célula solar,

e todos voltam
para o lugar de onde vieram.

Nada fica desgastado ou usado,

por isso, as células podem durar décadas.

Então, o que é que nos impede de sermos
totalmente dependentes da energia solar?

Há fatores políticos em jogo,

para não mencionar os negócios que exercem
pressão para manter o seu 'status quo'.

Mas por agora, vamos focar-nos
nos problemas físicos e logísticos.

O mais óbvio de todos

é que a energia solar está distribuída
desigualmente pelo planeta.

Há áreas mais ensolaradas que outras.

Também é inconsistente.

Há menos energia solar disponível
em dias nublados ou de noite.

Para uma fiabilidade total

precisaríamos de meios eficazes
para transportar a eletricidade

dos locais ensolarados
para os locais sombrios,

e de uma eficaz armazenagem de energia.

A eficácia da célula em si mesma
também é um problema.

Se a luz solar for refletida
em vez de ser absorvida,

ou se os eletrões desalojados

voltarem a um buraco
antes de passarem pelo circuito,

perde-se a energia dos fotões.

A célula solar mais eficaz até hoje

converte apenas 46% da luz solar
disponível em eletricidade,

e a maioria dos sistemas comerciais
só tem uma eficácia de 15 a 20%.

Apesar dessas limitações,

seria possível, na realidade,

fornecer energia ao mundo inteiro
com a tecnologia solar de hoje.

Precisamos de dinheiro
para montar as infraestruturas.

e muito espaço.

As estimativas variam

entre dezenas a centenas
de milhares de quilómetros quadrados,

o que parece ser muito,

mas o Deserto do Saara sozinho

tem mais de 7 milhões
de quilómetros quadrados.

Enquanto isso, as células estão
a melhorar, a ficar mais baratas,

e estão a competir
com a eletricidade em rede.

As inovações, como as centrais solares
flutuantes, podem mudar toda a paisagem.

Pondo de lado os exercícios intelectuais,

há o facto de mais
de mil milhões de pessoas

não terem acesso
a uma rede elétrica fiável,

especialmente nos países
em desenvolvimento

muitos dos quais têm muito sol.

Em lugares como esses,

a energia solar já é muito mais barata
e mais segura que as outras alternativas,

como o petróleo.

Já na Finlândia ou em Seattle,

uma energia solar eficaz
pode estar ainda um pouco longe.