Como os painéis solares funcionam?

Seja em uma calculadora movida a energia solar ou em uma estação espacial internacional, os painéis solares geram eletricidade usando os mesmos princípios de eletrônicos das baterias químicas ou tomadas elétricas padrão. Com os painéis solares, trata -se do fluxo livre de elétrons através de um circuito.

Para entender como os painéis solares geram energia elétrica, pode ajudar a fazer uma rápida viagem de volta à aula de química do ensino médio. O elemento básico dos painéis solares é o mesmo elemento que ajudou a criar a revolução do computador - Pure Silicon. Quando o silício é despojado de todas as impurezas, ele é uma plataforma neutra ideal para a transmissão de elétrons. O silício também possui algumas propriedades de nível atômico que o tornam ainda mais atraente para a criação de painéis solares. Isso significa que há espaço para mais quatro elétrons. Se um átomo de silício entra em contato com outro átomo de silício, cada um recebeOs quatro elétrons do outro átomo. Isso cria uma ligação forte, mas não há carga positiva ou negativa porque os oito elétrons satisfazem as necessidades dos átomos. Os átomos de silício podem combinar por anos para resultar em um grande pedaço de silício puro. Este material é usado para formar as placas de painéis solares.

Aqui é onde a ciência entra em cena. Duas placas de silício puro não gerariam eletricidade em painéis solares, porque não têm carga positiva ou negativa. Os painéis solares são criados combinando silício com outros elementos que têm cargas positivas ou negativas.

O fósforo, por exemplo, tem cinco elétrons para oferecer a outros átomos. Se o silício e o fósforo forem combinados quimicamente, o resultado é um oito elétrons estáveis ​​com um elétron livre adicional ao longo do passeio. Não pode sair, porque está ligado aos outros átomos de fósforo, mas não é necessário pelo silício. Portanto, esta nova placa de silício/fósforo é considerada carregada negativamente.

Para que a eletricidade flua, uma carga positiva também deve ser criada. Isso é alcançado em painéis solares combinando silício com um elemento como o boro, que possui apenas três elétrons a oferecer. Uma placa de silício/boro ainda tem um ponto restante para outro elétron. Isso significa que a placa tem uma carga positiva. As duas placas são imprensadas em painéis solares, com fios condutores funcionando entre eles.

Com as duas placas no lugar, agora é hora de trazer o aspecto 'solar' dos painéis solares. A luz solar natural envia muitas partículas diferentes de energia, mas a mais interessada é chamada de fóton. Um fóton age essencialmente como um martelo em movimento. Quando as placas negativas das células solares são apontadas para um ângulo adequado ao sol, os fótons bombardeiam os átomos de silício/fósforo.

Eventualmente, o 9º elétron, que quer ser livre de qualquer maneira, é derrubadoanel externo. Esse elétron não permanece livre por muito tempo, já que a placa positiva de silício/boro a atrai para o local aberto em sua própria faixa externa. À medida que os fótons do sol quebram mais elétrons, a eletricidade é gerada. A eletricidade gerada por uma célula solar não é muito impressionante, mas quando todos os fios condutores afastam os elétrons livres das placas, há eletricidade suficiente para alimentar motores de baixa amperagem ou outros eletrônicos. Quaisquer que os elétrons não sejam usados ​​ou perdidos no ar sejam devolvidos à placa negativa e todo o processo começa novamente.

Um dos principais problemas com o uso de painéis solares é a pequena quantidade de eletricidade que eles geram em comparação com o tamanho. Uma calculadora pode exigir apenas uma única célula solar, mas um carro movido a energia solar exigiria vários milhares. Se o ângulo dos painéis solares for alterado até um pouco, a eficiência poderá cair 50 %.

Alguma energia dos painéis solares pode ser armazenada em baterias químicas, mas aliGeralmente não é muito excesso de poder em primeiro lugar. A mesma luz solar que fornece fótons também fornece mais ondas ultravioletas e infravermelhas destrutivas, que eventualmente fazem com que os painéis se degradam fisicamente. Os painéis também devem ser expostos a elementos climáticos destrutivos, o que também pode afetar seriamente a eficiência.

Muitas fontes também se referem a painéis solares como células fotovoltaicas, que referenciam a importância da luz (fotos) na geração de tensão elétrica. O desafio para futuros cientistas será criar painéis solares mais eficientes são pequenos o suficiente para aplicações práticas e poderosas o suficiente para criar excesso de energia para os momentos em que a luz solar não está disponível.