How do solar panels work? - Richard Komp

Tradutor: Marcus Cattem Revisora: Margarida Ferreira

The Earth intercepts a lot of solar power:

A Terra interceta muita energia solar:

173 thousand terawatts.

173 000 terawatts.

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

Isto é 10 000 vezes mais energia do que a usada pela população do planeta.

So is it possible that one day

Então será possível que um dia

the world could be completely reliant on solar energy?

o mundo possa depender totalmente da energia solar?

To answer that question,

Para responder a esta pergunta,

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

primeiro precisamos de observar

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

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

Os painéis solares são feitos de unidades menores chamadas células solares.

The most common solar cells are made from silicon,

As células solares mais comuns são de silício,

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

um semicondutor que é o segundo elemento mais abundante na Terra.

In a solar cell,

Numa célula solar,

crystalline silicon is sandwiched between conductive layers.

colam-se cristais de silício entre duas placas condutoras.

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

Cada átomo de silício está ligado aos seus vizinhos por quatro ligações fortes,

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

que mantêm os eletrões no seu lugar, de modo que não há fluxo de corrente.

Here's the key:

O segredo é este:

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,

Um silício do tipo n apresenta eletrões extras,

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

e o silício do tipo p tem espaços extras para eletrões, chamados buracos.

Where the two types of silicon meet,

Onde os dois tipos de silício se encontram,

electrons can wander across the p/n junction,

os eletrões podem circular pela junção p/n,

leaving a positive charge on one side

deixando um lado com uma carga positiva

and creating negative charge on the other.

e o outro lado com carga negativa.

You can think of light as the flow of tiny particles

Podem pensar na luz como o fluxo de pequenas partículas

called photons,

chamadas fotões,

shooting out from the Sun.

que são disparados do Sol.

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

Quando um destes fotões choca com a célula de silício com energia suficiente,

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

pode arrancar um eletrão da sua ligação, deixando um buraco.

The negatively charged electron and location of the positively charged hole

O eletrão com carga negativa e o local do buraco com carga positiva

are now free to move around.

passam a poder movimentar-se 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.

seguem apenas num sentido.

The electron is drawn to the n-side,

O eletrão é atraído para o lado n,

while the hole is drawn to the p-side.

enquanto o buraco é atraído para o lado p.

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

Os eletrões móveis são apanhados por finos dedos de metal no topo da célula.

From there, they flow through an external circuit,

A partir daí, eles fluem por um circuito externo,

doing electrical work,

realizando trabalho elétrico, como acender uma lâmpada,

like powering a lightbulb,

before returning through the conductive aluminum sheet on the back.

antes de voltarem pela placa condutora de alumínio, na parte de trás.

Each silicon cell only puts out half a volt,

Cada célula de silício gera apenas meio volt,

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

mas podemos agregá-las em módulos para obter mais energia.

Twelve photovoltaic cells are enough to charge a cellphone,

Doze células fotovoltaicas são suficientes para carregar um telemóvel,

while it takes many modules to power an entire house.

embora sejam necessários muito módulos para fornecer energia a uma casa.

Electrons are the only moving parts in a solar cell,

Os eletrões são as únicas partes móveis numa célula solar,

and they all go back where they came from.

e todos voltam para o lugar de onde vieram.

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

Nada fica desgastado ou usado,

so solar cells can last for decades.

por isso, as células podem durar décadas.

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

Então, o que é que nos impede de sermos totalmente dependentes da energia solar?

There are political factors at play,

Há fatores políticos em jogo,

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

para não mencionar os negócios que exercem pressão para manter o seu 'status quo'.

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

Mas por agora, vamos focar-nos nos problemas físicos e logísticos.

and the most obvious of those

O mais óbvio de todos

is that solar energy is unevenly distributed across the planet.

é que a energia solar está distribuída desigualmente pelo planeta.

Some areas are sunnier than others.

Há áreas mais ensolaradas que outras.

It's also inconsistent.

Também é inconsistente.

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

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

So a total reliance would require

Para uma fiabilidade total

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

precisaríamos de meios eficazes para transportar a eletricidade

dos locais ensolarados para os locais sombrios,

and effective storage of energy.

e de uma eficaz armazenagem de energia.

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

A eficácia da célula em si mesma também é um problema.

If sunlight is reflected instead of absorbed,

Se a luz solar for refletida em vez de ser absorvida,

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

ou se os eletrões desalojados

voltarem a um buraco antes de passarem pelo circuito,

that photon's energy is lost.

perde-se a energia dos fotões.

The most efficient solar cell yet

A célula solar mais eficaz até hoje

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

converte apenas 46% da luz solar disponível em eletricidade,

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

e a maioria dos sistemas comerciais só tem uma eficácia de 15 a 20%.

In spite of these limitations,

Apesar dessas limitações,

it actually would be possible

seria possível, na realidade,

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

fornecer energia ao mundo inteiro com a tecnologia solar de hoje.

We'd need the funding to build the infrastructure

Precisamos de dinheiro para montar as infraestruturas.

and a good deal of space.

e muito espaço.

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

As estimativas variam

entre dezenas a centenas de milhares de quilómetros 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 mais de 7 milhões de quilómetros quadrados.

Meanwhile, solar cells are getting better, cheaper,

Enquanto isso, as células estão a melhorar, a ficar mais baratas,

and are competing with electricity from the grid.

e estão a competir com a eletricidade em rede.

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

As inovações, como as centrais solares flutuantes, podem mudar toda a paisagem.

Thought experiments aside,

Pondo de lado os exercícios intelectuais,

there's the fact that over a billion people

há o facto de mais de mil milhões de pessoas

don't have access to a reliable electric grid,

não terem acesso a uma rede elétrica fiável,

especially in developing countries,

especialmente nos países em desenvolvimento

many of which are sunny.

muitos dos quais têm muito sol.

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 mais segura que as outras alternativas,

like kerosene.

como o petróleo.

For say, Finland or Seattle, though,

Já na Finlândia ou em Seattle,

effective solar energy may still be a little way off.

uma energia solar eficaz pode estar ainda um pouco longe.