Carregar painéis solares com luz artificial; É possível?

Se você deseja reduzir sua pegada de carbono ou economizar dinheiro em sua conta de eletricidade, a energia solar é uma ótima opção. As células solares convertem a luz e outras formas de radiação eletromagnética em eletricidade.

Entretanto, o que acontece quando o sol se põe? Uma fonte de luz artificial pode carregar uma célula solar?

Para explicar por que não, vamos entender primeiro como os painéis solares capturam a luz.

Os painéis solares podem carregar sem luz solar?

Pode ser surpreendente, mas tecnicamente sim. 

Luzes artificiais intensas, além da luz solar, podem carregar os painéis solares, desde que sejam suficientemente intensas.

A luz que pode ser convertida em energia solar depende de uma certa faixa de comprimentos de onda de luz, presente tanto na luz solar direta quanto na luz artificial.

Então, sim, é tecnicamente possível carregar células solares sem luz solar.

NO ENTANTO, e acredito que você suspeitava que isso ia acontecer, a tecnologia atual de células solares não pode converter efetivamente a luz artificial em uma quantidade útil de eletricidade.

Os painéis solares são especificamente projetados para capturar a luz solar, não luz artificial.

Por questões de eficiência ao extremo, os fabricantes constroem o painel solar com o máximo possível de componentes voltados para captação específica da luz proveniente do sol. Quando a luz incide sobre uma célula fotovoltaica, ou célula solar, esta pode refleti-la, absorvê-la ou deixá-la passar por si.

O material semicondutor compõe a célula fotovoltaica. Quando a luz incide sobre o semicondutor, este absorve a energia luminosa e a transfere para partículas carregadas negativamente no material, conhecidas como elétrons.

A energia adicional possibilita que os elétrons percorram o material gerando uma corrente elétrica. Contatos metálicos condutores, as linhas em forma de grade de uma célula solar, extraem essa corrente, que pode ser utilizada para alimentar sua casa.

A eficiência de uma célula solar é determinada pela quantidade de energia que ela pode extrair da fonte de luz. Isso depende em grande parte das características da luz, como sua intensidade e comprimentos de onda.

Comprimentos de onda mais longos têm menos energia e comprimentos de onda mais curtos têm mais.

O “bandgap”

O “bandgap” de um semicondutor fotovoltaico é uma característica chave que determina quais comprimentos de onda de luz ele pode absorver e converter em energia.

Isso resulta em uma faixa limitada de comprimentos de onda, com a célula ignorando o mais longo e o mais curto.Se o “bandgap” do semicondutor corresponder aos comprimentos de onda da luz que atinge a célula fotovoltaica, a célula fotovoltaica pode usar eficientemente a energia disponível.

As células solares foram especialmente concebidas para absorver a luz solar. Além disso, possuem a capacidade de captar de maneira suave a luz artificial. Esse processo é fundamental para a geração de energia a partir de fontes luminosas diversas. É importante destacar que a eficiência da captação pode variar conforme a intensidade e o espectro da luz, sendo a luz solar a mais potente e eficaz.

Essa flexibilidade na captação de diferentes fontes luminosas amplia a versatilidade de aplicação das células solares. Podem ser utilizadas em uma variedade de ambientes e condições de iluminação, tornando-as uma solução viável mesmo em locais com menor exposição direta à luz solar.

Ademais, é interessante ressaltar que o processo de captação da luz artificial complementa a produção de energia, garantindo um fornecimento contínuo e confiável. Isso significa que, mesmo em condições de baixa luminosidade natural, as células solares continuam a desempenhar um papel crucial na geração de eletricidade.

Uma célula solar de silício padrão responde à maioria das partes visíveis do espectro de luz do sol, cerca de metade da luz infravermelha e parte ultravioleta (mas não muito, tornando a ultravioleta uma das menos eficientes para carregar uma luz solar).

Células solares e o espectro de luz.

As células solares funcionam coletando comprimentos de onda de luz e convertendo-os em eletricidade usando tecnologia de semicondutores colocada atrás de uma camada de vidro revestida com materiais antirreflexo.

Isso permite que a luz solar alcance os semicondutores nas células solares de forma eficiente.

Dentro da célula solar existem duas camadas de semicondutores, que consistem em dois tipos de materiais:

• Material tipo N (tipo negativo): Este material forma a primeira camada de um semicondutor de célula solar e é tipicamente composto de silício misturado com pequenas quantidades de fósforo. Isso faz com que o silício tenha uma carga negativa.
• Material tipo P (tipo positivo): A segunda camada de material semicondutor na célula solar consiste geralmente em silício misturado com vestígios do elemento boro e é carregada positivamente.

Na parte de trás do painel solar, a célula solar contém um eletrodo abaixo do semicondutor do tipo P funcionando em paralelo com a rede metálica da célula solar para criar uma corrente elétrica. Outra camada reflexiva é então colocada atrás dela.

Embora os painéis solares possam variar um pouco na composição do material e na disposição do design, essa configuração fundamental é o que todos os painéis solares usam para conduzir a luz solar e gerar eletricidade.

Como uma célula solar conduz a luz artificial.

Contanto que a luz artificial em questão emita os mesmos tipos de comprimentos de onda de luz presentes na luz solar, a célula solar será capaz de coletar eletricidade dessa luz exatamente da mesma maneira que faria na luz solar direta.

Quando a luz artificial atinge as células solares, essas podem refleti-la, absorvê-la ou deixá-la passar diretamente por elas.

Para gerar o máximo de energia possível, as células solares buscam reduzir a quantidade de luz que passa ou é refletida por elas. Por essa razão, são projetadas com características peculiares:

• As células solares são de cor escura e opaca para aumentar a quantidade de luz absorvida pela célula e diminuir a quantidade de luz que passa.
• As células solares têm um revestimento anti-reflexo que ajuda a evitar que a luz seja refletida pela célula solar e ajuda a absorver a luz.

Embora até agora seja tecnologicamente impossível recriar uma rede de energia solar que absorva 100% da luz que a atinge, os cientistas da energia estão se aproximando cada vez mais desse nível de eficiência com a criação de novos materiais de construção e novas tecnologias.

As células solares absorvem mais luz e desperdiçam menos no esforço, o que resulta na geração de mais eletricidade a partir de cada painel solar. Isso, por sua vez, reduz os custos de consumo de energia, aproximando-os cada vez mais de zero, descontando o investimento inicial em equipamentos.

A luz artificial é uma má escolha para carregar células solares.

Como as fontes de luz artificial, como lâmpadas incandescentes e fluorescentes, imitam o espectro do sol, elas podem carregar células solares até certo ponto e até mesmo alimentar pequenos dispositivos como calculadoras e relógios.

No entanto, as luzes artificiais nunca podem carregar uma célula solar de forma tão eficaz quanto a luz solar direta. Isso se deve a uma série de fatores:

• Conversão de perda: Uma luz artificial deve primeiro converter eletricidade em luz para que as células solares a absorvam e a convertam de volta em eletricidade. Durante esse processo de conversão, o sistema perde uma porcentagem da energia. Isso significa que a quantidade de energia gerada por este método será sempre menor que a quantidade original utilizada.
• Intensidade Espectral: A radiação espectral do sol é extremamente forte e constante, cobrindo uma ampla variedade de comprimentos de onda de luz, permitindo a máxima eficiência de absorção de luz nas células solares. As luzes artificiais não apenas têm irradiância espectral mais fraca do que a luz solar, mas também experimentam fortes flutuações na irradiância espectral que reduzem sua absorção total de energia.
• Barreiras de Luz: As luzes artificiais geralmente incluem barreiras, como lâmpadas e reatores, que reduzem sua intensidade e resultam na absorção de parte da luz emitida pelo vidro ou sua dispersão na sala.

Carregar células solares com luz artificial é um desperdício de energia.

Em suma, não há razão eficiente ou lógica para tentar alimentar células solares com luz artificial.

Nenhuma luz artificial pode imitar a força e o brilho dos verdadeiros raios do sol, e certamente não no nível necessário para funcionar com eficiência.

Assim como você não se incomodaria em usar uma vela para cozinhar sua comida (a menos que você esteja em uma dieta de fondue), você estaria literalmente desperdiçando seu tempo e energia tentando carregar seus painéis solares com luz artificial. Interessante, não?!

Em outras palavras, vamos ao encontro do movimento perpetuo, algo que sabidamente não existe, tudo precisa de energia pra transformar em energia.

Para maximizar a geração e o consumo de energia solar em condições de luz solar limitada ou inexistente, considerar a instalação de painéis solares de alta eficiência e uma bateria solar para armazenar a eletricidade gerada. Isso permitirá o uso posterior durante a noite ou em dias nublados.