How do solar panels work? - Richard Komp

Tradutor: Ruy Lopes Pereira Revisor: Tulio Leao

The Earth intercepts a lot of solar power:

A Terra recebe muita energia solar:

173 thousand terawatts.

173 mil terawatts.

That's ten thousand times more power than the planet's population uses.

Isto é dez mil vezes mais energia do que a população do planeta usa.

So is it possible that one day

Será possível que, algum dia,

the world could be completely reliant on solar energy?

o mundo dependa completamente da energia solar?

To answer that question,

Para responder a isto, precisamos primeiro examinar

we first need to examine how solar panels convert solar energy to electrical energy.

como os painéis solares convertem a energia solar em energia elétrica.

Solar panels are made up of smaller units called solar cells.

Os painéis solares são constituídos por unidades menores, as células solares.

The most common solar cells are made from silicon,

As células solares mais comuns são feitas de silício, um semicondutor,

a semiconductor that is the second most abundant element on Earth.

que é o segundo elemento mais abundante da Terra.

In a solar cell,

Em uma célula solar,

crystalline silicon is sandwiched between conductive layers.

silício cristalino está situado entre duas camadas condutoras.

Each silicon atom is connected to its neighbors by four strong bonds,

Cada átomo de silício une-se aos vizinhos por quatro ligações químicas fortes,

which keep the electrons in place so no current can flow.

que prendem seus elétrons e impedem a corrente elétrica.

Here's the key:

Eis o segredo:

a silicon solar cell uses two different layers of silicon.

uma célula solar de silício usa duas camadas diferentes de silício.

An n-type silicon has extra electrons,

O silício tipo N tem elétrons extras,

and p-type silicon has extra spaces for electrons, called holes.

e o silício tipo P tem espaços disponíveis para elétrons, chamados de buracos.

Where the two types of silicon meet,

No contato entre os dois tipos de silício

electrons can wander across the p/n junction,

os elétrons podem atravessar a junção P-N,

leaving a positive charge on one side

deixando uma carga positiva de um lado

and creating negative charge on the other.

e criando carga negativa do outro.

You can think of light as the flow of tiny particles

Você pode imaginar a luz como um fluxo de minúsculas partículas

called photons,

chamadas fótons,

shooting out from the Sun.

disparadas a partir do Sol.

When one of these photons strikes the silicon cell with enough energy,

Se um fóton suficientemente energizado colidir com a célula de silício,

it can knock an electron from its bond, leaving a hole.

ele pode arrancar um elétron de uma das ligações, deixando um buraco.

The negatively charged electron and location of the positively charged hole

O elétron que tem carga negativa e a posição do buraco, com carga positiva,

are now free to move around.

podem agora se movimentar livremente.

But because of the electric field at the p/n junction,

Mas devido ao campo elétrico na junção P-N,

they'll only go one way.

eles seguem numa única direção.

The electron is drawn to the n-side,

O elétron é atraído para o lado N,

while the hole is drawn to the p-side.

enquanto o buraco vai para o lado P.

The mobile electrons are collected by thin metal fingers at the top of the cell.

Os elétrons móveis são coletados

por delgados dedos metálicos, no topo da célula.

From there, they flow through an external circuit,

Dali, eles fluem por um circuito externo,

doing electrical work,

realizando trabalho elétrico,

like powering a lightbulb,

como acender uma lâmpada,

before returning through the conductive aluminum sheet on the back.

antes de voltarem pela lâmina condutora, feita de alumínio, na parte posterior.

Each silicon cell only puts out half a volt,

Cada célula de silício fornece apenas 0,5 V,

but you can string them together in modules to get more power.

mas você pode dispô-las em módulos, para conseguir mais energia.

Twelve photovoltaic cells are enough to charge a cellphone,

Doze células fotovoltaicas são suficientes para carregar um celular,

while it takes many modules to power an entire house.

mas são necessários muitos módulos para alimentar uma casa inteira.

Electrons are the only moving parts in a solar cell,

Os elétrons são as únicas partes móveis de uma célula solar,

and they all go back where they came from.

e todos retornam para o lugar de onde vieram.

There's nothing to get worn out or used up,

Nada pode sofrer desgaste

so solar cells can last for decades.

de modo que as células solares podem durar décadas.

So what's stopping us from being completely reliant on solar power?

Então o que nos impede de usar intensamente a energia solar?

There are political factors at play,

Existem fatores políticos,

not to mention businesses that lobby to maintain the status quo.

sem falar na pressão do mercado para manter o status quo.

But for now, let's focus on the physical and logistical challenges,

Mas vamos manter o foco nos desafios físicos e logísticos.

O mais óbvio de todos

and the most obvious of those

is that solar energy is unevenly distributed across the planet.

é que a energia solar se distribui de modo desigual no planeta.

Some areas are sunnier than others.

Algumas áreas são mais ensolaradas do que outras.

It's also inconsistent.

É também inconstante.

Less solar energy is available on cloudy days or at night.

Há menos energia solar disponível em dias nublados ou à noite.

So a total reliance would require

Para confiabilidade total, seria necessário

efficient ways to get electricity from sunny spots to cloudy ones,

ter meios eficazes de levar eletricidade de locais ensolarados para os nebulosos,

and effective storage of energy.

e de armazenar energia eficientemente.

The efficiency of the cell itself is a challenge, too.

A eficiência da própria célula também é um desafio.

If sunlight is reflected instead of absorbed,

Se a luz do Sol for refletida em vez de absorvida,

or if dislodged electrons fall back into a hole before going through the circuit,

ou se os elétrons arrancados voltarem ao buraco

antes que entrem no circuito,

that photon's energy is lost.

a energia do fóton será desperdiçada.

The most efficient solar cell yet

Até agora, a célula solar mais eficiente

still only converts 46% of the available sunlight to electricity,

converte em eletricidade apenas 46% da luz sol solar disponível,

and most commercial systems are currently 15-20% efficient.

sendo que a maioria dos sistemas comerciais tem eficiência de 15% a 20%.

In spite of these limitations,

Apesar das limitações,

it actually would be possible

ainda seria possível

to power the entire world with today's solar technology.

fornecer energia ao mundo inteiro com a tecnologia solar existente.

We'd need the funding to build the infrastructure

Teríamos que financiar a construção da infraestrutura

and a good deal of space.

e de muito espaço.

Estimates range from tens to hundreds of thousands of square miles,

As estimativas vão de dezenas a centenas de milhares de quilômetros quadrados,

which seems like a lot,

o que parece ser muito,

but the Sahara Desert alone is over 3 million square miles in area.

mas o Deserto do Saara sozinho

tem uma área de quase 9,5 milhões de km².

Meanwhile, solar cells are getting better, cheaper,

As células solares estão ficando melhores e mais baratas,

and are competing with electricity from the grid.

e competindo com a rede elétrica.

And innovations, like floating solar farms, may change the landscape entirely.

As inovações, tais como fazendas solares flutuantes,

podem mudar o panorama totalmente.

Thought experiments aside,

Pondo de lado os experimentos imaginários,

there's the fact that over a billion people

o fato é que mais de 1 bilhão de pessoas

don't have access to a reliable electric grid,

não tem acesso à rede elétrica confiável,

especially in developing countries,

em especial nos países em desenvolvimento,

many of which are sunny.

muitos dos quais são ensolarados.

So in places like that,

Em lugares como esses,

solar energy is already much cheaper and safer than available alternatives,

a energia solar já é muito mais barata e segura

do que as alternativas disponíveis, como o querosene.

like kerosene.

For say, Finland or Seattle, though,

Porém, para a Finlândia ou Seattle,

effective solar energy may still be a little way off.

a energia solar eficiente pode ainda estar um pouco distante.