Atualmente, muito se fala de sistemas fotovoltaicos, que geram energia elétrica através da luz solar. Os painéis solares (imagem 1) possuem uma camada geradora feita de Silício com 99,9999% de pureza, ou superior, e contém três regiões: a superfície (semicondutor dopado tipo N), o meio (neutro) e a traseira (semicondutor dopado tipo P), como mostra a imagem 2.
Imagem 1: Painel solar; Fonte: Viva Decora
O Silício é um elemento da família 14 da tabela periódica, logo possui 4 elétrons em sua camada de valência. No processo de dopagem são inseridos átomos com mais ou menos elétrons na valência do que a espécie a ser dopada, sendo o Boro, que possui 3 elétrons, o mais comum para a dopagem positiva, ou de tipo P, e o Fósforo, com 5 elétrons, o mais comum para a dopagem negativa, ou de tipo N. A substituição de alguns átomos de Silício na placa por átomos de Boro origina pontos de falta de elétrons, enquanto por Fósforo gera pontos de excesso de elétrons, formando assim cargas positivas ou negativas ao longo de cada semicondutor.
Imagem 2: Junção dos semicondutores dos tipos N e P; Fonte: Green Sarawak (adaptado)
Apesar de os semicondutores não conduzirem tão bem corrente elétrica, a proximidade de cargas opostas inicia um pequeno fluxo de elétrons do semicondutor tipo N ao semicondutor tipo P (do negativo ao positivo), passando através da região neutra. Esse fluxo gera um acúmulo de cargas positivas na fronteira entre a região neutra e o tipo N (pela perda de elétrons), além de um acúmulo de cargas negativas na fronteira entre a região neutra e o tipo P (pelo ganho de elétrons), originando um campo elétrico que vai da fronteira com o tipo N à fronteira com o tipo P (sempre da carga positiva para a negativa).
A radiação eletromagnética advinda do sol, mais especificamente da região do visível até o infravermelho próximo, penetra no painel e atinge a região de junção (ou neutra), provocando o efeito fotoelétrico que retira elétrons de átomos de Silício, gerando assim cargas positivas e negativas. Por ação do campo elétrico existente nessa região, os elétrons migram para o semicondutor tipo N, enquanto os cátions de Silício vão para o semicondutor tipo P, tornando ambas as regiões ricas em cargas negativas ou positivas. Finalmente, a conexão entre as duas áreas por uma espécie condutora gera a corrente elétrica: elétrons migrando para neutralizar as cargas positivas.
O processo explicado resume uma única célula solar (imagem 3). Para que seja alcançada a tensão prometida pelo fabricante, é realizada a ligação em série de diversas células, de forma que as tensões de cada uma se somem, e só assim estará pronta a camada geradora que, após receber as demais camadas e componentes destinados à sua proteção, o painel estará finalizado e pronto para ser instalado.
Imagem 3: Célula solar; Fonte: Elysia
Porém, nem só de painéis solares é feito um sistema fotovoltaico, isso porque eles produzem corrente contínua, enquanto as residências e indústrias são abastecidas com corrente alternada. Portanto, faz-se necessário o uso de inversores (imagem 4), que são dispositivos feitos para converterem a corrente contínua em alternada, possibilitando agora o uso dessa energia gerada.
Imagem 4: Inversores; Fonte: Engegrid
Por fim, é necessária uma fonte de armazenamento dessa energia produzida. A maior parte dos sistemas são os chamados On Grid, que, através de um medidor bidirecional, utilizam a própria rede da concessionária para realizar o balanço dos kWh consumidos e produzidos, dispensando custos adicionais à instalação do sistema, mas estando sujeito a taxas da distribuidora. A parte restante são os Off Grid, que consistem na instalação de baterias (normalmente de chumbo) para o armazenamento energético, estando completamente desconectados da concessionária, porém, pelo alto custo das baterias e a necessidade de trocas periódicas, torna-se inviável na maioria dos casos.
Não se pode negar que o investimento nesses sistemas costuma ser alto, até mesmo para um On Grid, e é inviável para a maior parte da população brasileira neste momento. Nos resta a esperança de incentivos governamentais para a geração solar, que, além de ser limpa, seria peça fundamental na fuga da dependência das usinas hidroelétricas, que tanto sofrem e fazem nossos bolsos sofrerem, nos períodos de estiagem
Bibliografia
SCITOONS. How do solar cells work? Youtube, 30 de abr. de 2018. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=UJ8XW9AgUrw>. Acesso em 5 de mar. de 2022.
COMO funciona o painel solar fotovoltaico e do que é feito? EnergiaTotal, Sinop, 31 de dez. de 2017. Disponível em: <https://www.energiatotal.com.br/como-funciona-o-painel-solar-fotovoltaico-e-do-que-sao-feitos>. Acesso em 5 de mar. de 2022.
COMO funciona o painel solar fotovoltaico (Placas fotovoltaicas). Portal Solar, 2022. Disponível em: <https://www.portalsolar.com.br/como-funciona-o-painel-solar-fotovoltaico.html>. Acesso em 5 de mar. de 2022.