Composição de um módulo fotovoltaico

Os módulos solares fotovoltaicos funcionam com base no efeito fotoelétrico e, em outras palavras, a conversão da energia da luz em eletricidade é um efeito fotoelétrico. Existem diferentes aplicações para efeito fotoelétrico, mas todas possuem a mesma base.
Aqui, queremos voltar às aulas e discutir sobre o efeito fotoelétrico, mas de maneira prática, sem ciência de foguetes. Basicamente, encontraremos o modelo atômico da matéria e veremos que existem algumas partículas minúsculas que suas ações e reações fornecem energia.

MODELO ATÔMICO DA MATÉRIA

Basicamente, os cientistas tentam explicar os fenômenos da natureza por padrões que podem ser repetidos na explicação de muitos casos. A ciência explica a qualidade do fenômeno e responde à primeira pergunta das mentes curiosas (como?) E então a quantidade do fenômeno respondendo à segunda pergunta (quanto?). Portanto, modelos científicos por meio de teorias podem ser úteis porque podem explicar fenômenos da natureza repetidamente como regras urbanas e são valiosos por quanto tempo estão funcionando.

Existem três escalas principais na ciência com as quais os cientistas estão lidando. Enorme como estrelas, comum como vida e minúsculos como átomos. Infelizmente, não existe uma teoria única para a explicação de todas as escalas (no entanto, elas estão relacionadas de várias maneiras), então existem diferentes teorias em diferentes escalas. Mas sim, tempo em escala minúscula ou atômica.

Demócrito de Abdera nos tempos antigos descreveu a menor porção da matéria como um Átomo e ele pensou em uma unidade de matéria como um tijolo na construção. Entretanto mais investigações nos últimos séculos mostraram que algo deveria estar dentro da unidade e então os cientistas tentaram entender o sistema Atômico. Em palavras, eles entenderam que o Átomo é um sistema no qual algumas partículas internas estão trabalhando juntas!

Finalmente, eles nomearam as partículas principais como elétron, próton e nêutron. Por outro lado, eles descobriram que o elétron tem carga negativa e o próton tem carga positiva.

Elétrons girando ao redor do núcleo em certas distâncias que são chamadas de níveis e prótons e nêutrons localizados no centro do átomo. Agora, o número de níveis em um átomo de um elemento específico ao lado do número de elétrons em seu último nível poderia ser o DNA do elemento. Esta é a regra básica do arranjo dos elementos principais na tabela periódica (colunas 1-2 e 13-18).

Portanto, as linhas mostram os níveis e as colunas nos elementos principais mostram o número de elétrons do último nível. Como exemplo, o Si possui 3 níveis (2,8,4) e 4 elétrons no último nível.

Então, na coluna número 18, o número máximo de elétrons no último nível poderia ser 8. Elementos com menos de 4 elétrons na última camada são condutores como metais e mais de 4 são isolantes. Então, elementos de 4 elétrons na última camada devem ser semicondutores.

Agora, há uma pergunta. Se os elétrons em um átomo forem localizados especificamente, a manipulação é possível?

A resposta é SIM, mas deve haver fonte de energia externa como calor, luz ou outros. Então, os elétrons da última camada podem obter energia e ter mais distância do nucléolo.

Segunda questão. Podemos obter energia pela manipulação, como uma usina de energia?

A resposta é SIM, é o que se espera das células solares. Quando os elétrons são estimulados por uma fonte externa de energia como luz ou calor os elétrons vão mais longe, referência a Lei de Conservação de Energia (a energia é fixa no mundo. Em palavras, ela não é criada ou não é destruída. Apenas pode ser convertida em tipos de energia como eletricidade, magnetismo, calor … ) Os elétrons devolvem toda a energia que alcançaram e voltam ao nível inicial.

Resumindo, a agitação dos Elétrons pela fonte de luz, muda sua posição e quando volta devolvem toda a Energia alcançada. Lembre-se da usina a vapor que o combustível (Energia Química) queima e produz vapor superaquecido, então o vapor faz funcionar a Turbina e a Turbina gira o Gerador que produz eletricidade.

CÉLULA FOTOVOLTAICA

Se houver um sistema de malha fechada, a geração de eletricidade por célula fotovoltaica de acordo com os princípios acima é possível. Fótons leves agitam os elétrons e eles giram no circuito.

Agora, uma investigação mais profunda mostra como funciona. Primeiro tipo N e o tipo P de semicondutor são importantes. Basicamente, na natureza deve haver um potencial diferente e, então, a possibilidade de transferência de energia. Isso é o mesmo que água em uma bola em uma superfície inclinada.

Claro, existem diferentes tipos de potencial e, em seguida, pode haver diferentes sistemas físicos. Em semicondutores, as cargas desempenham um papel potencial. A base de semicondutores comuns é o silício, mas deve haver potencial e circuito fechado para gerar eletricidade. Em seguida, o silício é transferido para fósforo e atinge mais 1 elétron como semicondutor do tipo N e carregado negativamente. Por outro lado, o silício é dopado para boro com 1 elétron a menos como tipo P e carregado positivamente e então os componentes do loop estão prontos.

Quando os semicondutores do tipo N e P se conectam fazem a região de depleção e é esperado que cargas negativas e positivas inteiras se neutralizem. Se estivesse correto, não haveria chance de fazer um loop fechado e depois Gerador de energia porque estariam em curto-circuito.

Felizmente, a natureza é perfeita. Cargas negativas e positivas se atraem na zona de depleção, mas nem todas as cargas têm a possibilidade. Então, algumas cargas negativas e positivas se neutralizam na zona de depleção e fazem uma barreira que não permite que o resto das cargas se neutralizem.

O célula fotovoltaica sob irradiância solar agita as cargas negativas e positivas que se acoplaram e neutralizaram na região de depleção e empurraram cada uma delas de volta para sua região inicial e se a irradiância solar (fonte de energia externa) remover, elas voltarão uma para a outra na zona de depleção. Mas há muita energia de irradiância solar e podemos usar.


Cargas agitadas esperam para encontrar um caminho de volta à condição neutra e então há uma diferença de potencial. Agora, tempo de loop fechado. Se os semicondutores se conectarem dos outros lados, haverá uma chance de neutralizar cada um deles e nos fornecer eletricidade.

Quando um par de cargas é agitado pela irradiância do sol e empurra de volta para sua região inicial e então flui através do circuito (circuito fechado), as outras cargas nos semicondutores N e P encontram-se na zona de depleção e o cenário será repetido.

AE Solar GmbH, marca alemã no setor de energia renovável, oferecendo produtos e serviços de alta qualidade desde 2003.

AFSHIN BAKHTIARI – Engenheiro Sênior

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