É possível carregar painéis solares com luz artificial?

Uma fonte de luz artificial pode carregar uma célula solar?

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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 ver como os painéis solares capturam a luz.

Os painéis solares podem carregar sem luz solar?

Pode ser surpreendente, mas tecnicamente sim. Os painéis solares podem ser carregados com outras formas de luz visível além da luz solar. Luzes artificiais podem ser usadas para carregar células solares, desde que seja intensa o suficiente.

A luz que pode ser convertida em energia solar é ditada por uma certa faixa de comprimentos de onda de luz, que estão presentes tanto na solar direta quanto na 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 projetados especificamente para capturar a luz solar e não artificial.

Quando a luz atinge uma célula fotovoltaica, ou célula solar, essa luz pode ser refletida, absorvida ou passar por ela.

A célula fotovoltaica é composta de material semicondutor. Quando o semicondutor é exposto à luz, ele absorve a energia luminosa e a transfere para partículas carregadas negativamente no material, chamadas elétrons.

Essa energia adicional permite que os elétrons fluam através do material na forma de uma corrente elétrica. Essa corrente é extraída por contatos metálicos condutores, as linhas em forma de grade de uma célula solar, e pode ser usada 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” 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 projetadas especificamente para absorver a luz solar, mas podem de forma branda captar a luz artificial.

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 é carregada positivamente e normalmente consiste em silício misturado com vestígios do elemento boro.

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, essa luz pode ser refletida, absorvida pela célula ou passar diretamente por ela.

Para gerar o máximo de energia possível, as células solares tentam reduzir a quantidade de luz que passa ou é refletida pelas células solares. Por esta 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.

Quanto mais luz essas células solares absorvem e quanto menos luz é desperdiçada no esforço, mais eletricidade pode ser gerada a partir de cada painel solar, trazendo os custos de consumo de energia cada vez mais próximos de zero menos 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 este processo de conversão, uma porcentagem da energia é perdida. 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 contêm barreiras, como lâmpadas e reatores, que diminuem sua intensidade e fazem com que parte da luz emitida seja absorvida pelo vidro ou difundida 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.

Se você está procurando maneiras de maximizar a geração e o consumo de energia solar quando a luz solar é limitada ou inexistente, vale a pena considerar a instalação de painéis solares de alta eficiência e uma bateria solar para armazenar eletricidade gerada por energia solar para usá-la à noite ou em dias nublados.

Fonte: Imperio Solar. Imagem principal: Depositphotos.