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Como funciona uma placa solar?

Você já se perguntou como é possível produzir eletricidade para acender uma lâmpada, fazer um eletrodoméstico funcionar ou suprir todas as necessidades energéticas de uma casa a partir da luz do sol?

Isso é possível graças ao painel solar. Os painéis solares são os objetos retangulares e escuros que podem ser vistos no telhado de algumas residências e que permitem que muitas casas economizem até 95% na conta de luz produzindo sua própria eletricidade.

Está curioso para saber como esses painéis solares funcionam? Então este artigo é para você!

Descubra a como o Sol, uma fonte inesgotável de energia pode gerar eletricidade por meio dos painéis solares fotovoltaicos.

Como funciona um painel solar

Antes de falar mais detalhadamente sobre como funciona energia solar, precisamos rever alguns conceitos das aulas de física.

A corrente elétrica pode ser definida como um movimento de elétrons em um sentido definido. Porém, para que os elétrons possam circular de maneira ordenada, é necessário haver uma diferença de cargas entre dois polos distintos.

Mas qual a relação disso com o funcionamento de um painel solar fotovoltaico?

Quando a luz do sol entra em contato com o painel solar, os elétrons do silício (principal constituinte dos painéis solares) se excitam e começam a se movimentar. Porém, como vimos anteriormente, para que haja a geração de corrente elétrica é preciso fazer com que esses elétrons sigam em um fluxo ordenado.

Mas então como é feito para que haja uma circulação de elétrons em um único sentido no interior da placa solar?

Para responder a essa pergunta precisamos antes analisar mais detalhadamente a estrutura de um átomo de silício. Um átomo de silício possui quatro elétrons de ligação que se unem aos seus vizinhos formando uma rede cristalina.

Um painel solar é formado, além da estrutura que lhe dá sustentação, por duas camadas de silício:

  • Uma camada superficial que podemos denominar de silício tipo “n”;
  • A camada posterior que denominamos silício tipo “p”;

Podemos então, na camada superficial, adicionar um átomo com cinco elétrons de ligação como, por exemplo, o fósforo. Isso significa que haverá elétrons que ficarão sobrando, pois o silício pode apenas realizar quatro ligações enquanto o fósforo tem cinco elétrons disponíveis.

Na segunda camada da placa solar pode-se então adicionar um átomo de boro, que apresenta apenas três elétrons de ligação. Nesse caso, haverá então uma falta de elétrons para satisfazer as quatro ligações dos átomos de silício. Temos então a seguinte situação no interior do painel solar:

  • Camada silício tipo “n”: os elétrons estão em excesso (-);
  • Camada tipo “p”: faltam elétrons para completar todas as ligações (+).
  • Camada intermediária junção pn: os elétrons livres do lado n passam para o lado p.

Temos aqui basicamente o mesmo mecanismo de funcionamento de uma pilha: um lado negativo, onde os elétrons estão concentrados e um lado positivo, em que os elétrons estão em falta. Forma-se a condição necessária para a circulação desses elétrons.

Como consequência, haverá então a formação de uma tensão elétrica, devido à diferença de cargas eletricamente carregadas nas duas camadas. Dessa maneira, a partir da incidência dos raios solares pode-se obter então um fluxo ordenado de elétrons – temos então a formação de uma corrente elétrica!

Painel Solar funcionamento

É importante destacar que, ao produzir energia por meio das placas solares fotovoltaicas não é a temperatura que devemos nos ater, mas sim à incidência de raios solares, pois é a energia contida nos fótons da luz solar que irá excitar os elétrons da placa.

Dessa maneira, a energia fotovoltaica é uma solução para basicamente todos os tipos de clima. A cobertura de nuvens diminui o rendimento, porém, apesar delas,  a produção de eletricidade não é paralisada completamente.

Um exemplo disso é a Alemanha, país pioneiro na produção de energia elétrica fotovoltaica na Europa. Certamente, quando você pensa em Alemanha, um clima ensolarado e muito quente não é uma das primeiras coisas que vêm à sua cabeça, não é mesmo?

Como a eletricidade é entregue aos consumidores

A eletricidade é gerada nas usinas e passa por um sistema complexo, às vezes chamado de rede , de subestações elétricas, transformadores e linhas de energia que conectam os produtores e consumidores de eletricidade. A maioria das redes locais é interconectada para fins comerciais e de confiabilidade, formando redes maiores e mais confiáveis ​​que aprimoram a coordenação e o planejamento do fornecimento de eletricidade.

Nos Estados Unidos, toda a rede de eletricidade consiste em centenas de milhares de quilômetros de linhas de alta tensão e milhões de quilômetros de linhas de energia de baixa tensão com transformadores de distribuição que conectam milhares de usinas a centenas de milhões de consumidores de eletricidade. o país.

A estabilidade da rede elétrica exige que o fornecimento de eletricidade atenda constantemente a demanda de eletricidade, o que, por sua vez, exige a coordenação de inúmeras entidades que operam diferentes componentes da rede. A rede elétrica dos EUA consiste em três grandes sistemas interconectados que operam para garantir sua estabilidade e confiabilidade. Para garantir a coordenação das operações do sistema elétrico, a Corporação de Confiabilidade Elétrica da América do Norte desenvolveu e aplica os padrões obrigatórios de confiabilidade de rede que aprovou .

A origem da eletricidade que os consumidores compram varia. Algumas empresas de eletricidade geram toda a eletricidade que vendem usando apenas as usinas de energia que possuem. Outras concessionárias compram eletricidade diretamente de outras concessionárias, empresas de comercialização de energia e produtores independentes de energia ou de um mercado atacadista organizado por uma organização regional de confiabilidade da transmissão.

A estrutura de varejo do setor elétrico varia de região para região. A empresa que vende seu poder pode ser uma concessionária de energia elétrica municipal sem fins lucrativos; uma cooperativa elétrica de propriedade de seus membros; uma concessionária de energia privada, com fins lucrativos, de propriedade de acionistas (geralmente chamada de empresa de propriedade de investidores); ou em alguns estados, você pode comprar eletricidade através de um comerciante de energia. Algumas autoridades de energia de propriedade federal, entre outras – também geram, compram, vendem e distribuem energia. As concessionárias elétricas locais operam o sistema de distribuição que conecta os consumidores à rede, independentemente da fonte de eletricidade.