O efeito fotovoltaico é o efeito fotoelétrico caracterizado pela produção de uma corrente elétrica entre duas peças de material diferente que estão em contato e expostas à luz ou, em geral, à radiação eletromagnética.
A energia solar é um tipo de energia renovável que pode ser utilizada de várias maneiras. Uma delas é a geração de energia elétrica com o auxílio de painéis solares e o efeito fotovoltaico.
A fonte de energia para que esse efeito ocorra é a luz natural ou artificial, mas obviamente 99% dos painéis fotovoltaicos utilizam a luz solar.
Para que serve o efeito fotovoltaico?
O efeito fotovoltaico é usado na energia solar fotovoltaica para gerar eletricidade.
Materiais semicondutores (como o silício) têm a particularidade de promover o efeito fotovoltaico em painéis solares devido ao comportamento elétrico que possuem no impacto com fótons de luz.
Os módulos solares são compostos por células fotovoltaicas, que são dispositivos semicondutores feitos com esse tipo de material. Normalmente, esses materiais semicondutores são formados a partir de silício puro com a adição de impurezas de certos elementos químicos.
Como é produzido o efeito fotovoltaico?
O efeito fotovoltaico começa no momento em que um fóton atinge um elétron da última órbita de um átomo de silício. Este último elétron é chamado de elétron de valência e recebe a energia com a qual o fóton viajou.
O fóton é a partícula elementar que carrega todas as formas de radiação eletromagnética, incluindo a radiação solar.
Se a energia adquirida pelo elétron exceder a força atrativa do núcleo do átomo de silício (energia de valência), ele sai de sua órbita e permanece livre. Sendo livre, o elétron pode viajar através do material condutor formando uma corrente contínua.
Nem todos os fótons que chegam às células solares são convertidos em eletricidade. Parte da radiação incidente é perdida por reflexão (rejeições) e parte por transmissão (passa pela célula).
Como a eletricidade é gerada em um painel solar?
Cada elétron liberado deixa para trás um buraco, ou espaço livre, até ser preenchido por um elétron que saltou de outro átomo. Esses movimentos de cargas elétricas (elétrons) liberados dos espaços que deixam para trás é o que é chamado de corrente elétrica.
Essa corrente de cargas pode deixar o material para realizar trabalhos úteis, como acionar um motor, alimentar uma lâmpada, etc. Para que isso aconteça de forma constante e regular, é necessário que haja a presença de um campo elétrico de polaridade constante. Esse campo polariza as partículas e age como uma verdadeira bomba que impulsiona os elétrons em uma direção e gera buracos na direção oposta.
Nos painéis solares convencionais, o campo elétrico é formado graças ao fato de uma área do material ter excesso de elétrons (carga negativa), enquanto a outra tem falta deles (carga positiva). Dessa forma, ao liberar um elétron, que possui carga negativa, ele é impulsionado através do material até a área onde a carga é positiva.
Qual a importância dos fótons no efeito fotovoltaico?
Os fótons correspondentes a comprimentos de onda curtos (radiação ultravioleta) são mais energéticos do que os correspondentes a comprimentos de onda mais longos (radiação infravermelha).
Cada material semicondutor tem uma energia mínima que permite que os elétrons sejam liberados de seus átomos. Essa energia corresponderá a fótons de uma determinada banda de frequências que vão desde aquelas associadas ao ultravioleta até as cores visíveis, exceto o vermelho, que já possui uma energia associada inferior a 1,2 elétron-volt.
Por que nem todos os fótons se convertem em eletricidade?
Nem todos os fótons atingem o objetivo de separar os elétrons. Isso ocorre porque os fótons perdem energia à medida que passam pelo material. Às vezes, no momento da colisão alguns fótons já perderam muita energia para deslocar um elétron.
Além disso, há uma porcentagem de fótons que passam pela folha semicondutora sem colidir com nenhum elétron e outros que são refletidos. Nesses casos, o efeito fotovoltaico não ocorreria, fazendo com que os elétrons saltassem de uma camada para outra.
