Um dos processos mais importantes do mundo da energia solar é o efeito fotovoltaico. É um efeito fotoelétrico no qual é produzida uma corrente elétrica que viaja de uma peça para outra feita de diferentes materiais. Esses materiais são expostos à luz solar ou à radiação eletromagnética. Esse efeito é fundamental na geração de energia elétrica a partir das células fotovoltaicas dos painéis solares.
Se você quer saber como funcionam os painéis solares e qual é o efeito fotovoltaico, esta é a sua postagem 🙂
Qual é o efeito fotovoltaico?
Quando usamos um painel solar para obter energia elétrica, o que estamos aproveitando é a energia que as partículas da radiação solar têm para transformá-la em energia elétrica útil para a nossa casa. As células fotovoltaicas são dispositivos semicondutores compostos principalmente de silício. Essas células fotovoltaicas têm algumas impurezas de outros elementos químicos. No entanto, o silício é tentado para ser o mais fodido possível.
As células fotovoltaicas são capazes de gerar eletricidade a partir de uma corrente contínua usando energia da radiação solar. O problema com esse tipo de fluxo é que ele não é usado para uso doméstico. A energia contínua precisa ser transformada em energia alternativa para ser usada. Isso requer um inversor de potência.
O que o efeito fotovoltaico faz é produzir essa energia elétrica a partir da radiação solar. Essa radiação vem na forma de calor e graças a esse efeito se transforma em eletricidade. Para que isso aconteça, as células fotovoltaicas devem ser colocadas em série ao longo dos painéis solares. Isso é feito para que você possa obter uma tensão adequada que permita gerar eletricidade.
Obviamente, nem toda radiação solar que vem da atmosfera é transformada em energia elétrica. Parte dela se perde por reflexão e outra por transmissão. Ou seja, uma parte é devolvida à atmosfera e a outra parte é passada pela célula. A quantidade de radiação capaz de entrar em contato com as células fotovoltaicas é o que faz os elétrons saltarem de uma camada para a outra. É então que é criada uma corrente elétrica cuja potência é proporcional à quantidade de radiação que finalmente atinge as células.
Características do efeito fotovoltaico
Este é o mistério que os painéis solares guardam. Certamente você já parou para pensar como eles podem gerar uma corrente elétrica do sol. Pois bem, trata-se da participação de inúmeros materiais compostos por elementos condutores. Um deles é o silício. É um elemento que apresenta um comportamento diferente em reação à ação da eletricidade.
A reação desses materiais semicondutores depende inteiramente da capacidade da fonte de energia de excitá-los ou não. Ou seja, os elétrons vão para outro estado mais energético. Nesse caso, temos a fonte capaz de excitar esses elétrons, que é a radiação solar.
O momento a fóton colide com um elétron da última órbita de um átomo de silício, o efeito fotovoltaico começa. Essa colisão faz com que o elétron receba energia do fóton e fique excitado. Se a energia que o elétron adquire do fóton for maior que a da força atrativa do núcleo do átomo de silício, estaremos diante de uma saída de elétrons da órbita.
Tudo isso torna os átomos livres e eles podem passar por todo o material semicondutor. Quando isso acontece, o silício que serve de condutor desvia toda a energia para onde pode ser útil. Os elétrons que foram liberados das cargas vão para outros átomos onde há espaços livres. O movimento desses elétrons é chamado de corrente de carga.
Como é produzido
As correntes de carga são obtidas utilizando materiais condutores e fazendo com que isso aconteça de forma constante para que possa haver um campo elétrico que tenha polaridade constante. É esse tipo de campo elétrico que começa a empurrar os elétrons em todas as direções para fazer a corrente elétrica circular.
Se a energia do elétron alimentado pelo fóton ultrapassar a atração do núcleo do átomo de silício, ele ficará livre. Para que isso aconteça, a força que o impacto do fóton deve ter sobre o elétron é de pelo menos 1,2 eV.
Cada tipo de material semicondutor tem uma energia mínima necessária para liberar elétrons de seus átomos. Existem fótons que têm um comprimento de onda mais curto e vêm da radiação ultravioleta. Como sabemos, esses fótons possuem uma grande quantidade de energia contida. Por outro lado, encontramos aqueles cujo comprimento de onda é mais longo, então eles têm menos energia. Esses fótons estão na parte infravermelha do espectro eletromagnético.
A energia mínima exigida por cada material semicondutor para liberar elétrons depende da banda de frequência. Esta banda os associa daqueles que vêm na radiação ultravioleta às cores visíveis. Abaixo disso, eles são incapazes de liberar elétrons, então não haverá corrente elétrica.
Problema de fóton
Examinar o material para separar os elétrons é um pouco mais complicado. Nem todos os fótons o fazem diretamente. Isso ocorre porque, para passar pelo material, eles precisam perder energia. Se aqueles na região de maior comprimento de onda do espectro eletromagnético já possuíam pouca energia, acabam perdendo-a durante o contato com o material. Quando a energia é perdida, alguns fótons colidem ligeiramente com os elétrons e não podem desviá-los. Essas perdas são inevitáveis e tornam impossível ter 100% do aproveitamento solar.
Outras perdas de energia ocorrem quando os fótons passam por todo o material e eles não colidem com nenhum elétron para deslocá-lo. Este também é um problema inevitável.
Espero que este artigo tenha esclarecido o efeito fotovoltaico.