Células solares

Com a atual crise climática, o uso de energias renováveis é cada vez mais importante. Em Portugal Continental, no mês de janeiro de 2022, 59,7% da eletricidade produzida foi de origem renovável, da qual 3,8% corresponde ao uso de energia solar. Tanto individuais, como empresas podem participar na produção de energia solar através de programas como “energia solar EDP” mediante a instalação de painéis solares no topo dos prédios.

Porém, como funcionam os painéis solares?

Os painéis solares são dispositivos elétricos que podem converter a luz solar em eletricidade, sendo compostos por células solares interligadas em série. Estas células conseguem transformar a energia dos fotões (pacotes de energia) da luz em energia elétrica graças ao efeito fotovoltaico, que consiste na excitação de eletrões de tal modo que se gera uma separação de cargas no sistema. Assim, obtém-se uma corrente elétrica.

É de notar que os eletrões dos materiais têm uma energia específica que depende das interações da estrutura atómica. Por isto, só um certo grupo de fotões tem uma energia maior que esta energia eletrónica e conseguem excitá-los, gerando uma corrente elétrica. Apenas certos materiais, como os semicondutores, são úteis para gerar energia solar, porque os eletrões destes têm a energia certa para interagir com a luz solar.

Fonte: Khaldoon Karadsheh

Os semicondutores podem ser divididos em tipo N ou tipo P, no caso de haver um excesso de eletrões ou uma deficiência dos mesmos, respetivamente. Nas células solares os dois tipos de semicondutores são usados, numa configuração chamada junção PN. Nesta junção, a corrente elétrica pode apenas ir num sentido, do tipo P ao tipo N, ou seja, do material com deficiência de eletrões para o material com excesso dos mesmos.

Na produção de eletricidade, a luz excita os eletrões dos átomos na junção PN, gerando eletrões livres que podem mover-se apenas num sentido, como a corrente. Ou seja, a luz aumenta a quantidade de eletrões na camada N da célula.

Isto também pode ser visto como o movimento de buracos (deficiência de eletrões). Neste caso, a luz gera buracos que se movem para a camada P da célula. Por outras palavras, os fotões aumentam a concentração de buracos no semicondutor tipo P (deficiente de eletrões) e aumentam a concentração de eletrões na camada tipo N (rica em eletrões). Assim, quando se liga um circuito elétrico, os eletrões extra na camada N vão sair de lá e alimentar o circuito, de forma a produzir eletricidade.

Normalmente as células solares são feitas de silício cristalino, devido à sua abundância, alta eficiência, baixo custo e boas propriedades elétricas como semicondutor. No entanto, outras tecnologias de células solares também existem, tal como as chamadas células solares de película fina de materiais, como Teluro de cádmio (CdTe), Cobre-Índio-Gálio-Selênio (CIGS), etc. Contudo a eficiência das células de silício é maior.

As células solares ainda são um tema de interesse para a investigação. Novas tecnologias estão a emergir com melhores eficiências e custo mais baixo, com diferentes materiais. No entretanto, as tecnologias atuais estão disponíveis para o público e devem ser usadas para combater as alterações climáticas.

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Texto por Diego Alejandro Garzón. Revisto por Maria Teresa Martins.