Como uma Célula Fotovoltaica converte Luz em Energia Elétrica

O efeito fotoelétrico é um fenômeno físico que ocorre quando a luz incide em uma superfície e é capaz de ejetar elétrons dessa superfície. Esse fenômeno foi descoberto por Heinrich Hertz em 1887, mas foi Albert Einstein, em 1905, quem propôs uma explicação teórica completa para o efeito.

Segundo a teoria de Einstein, a luz é composta por partículas chamadas fótons, que possuem energia. Quando um fóton incide em uma superfície, ele pode transferir sua energia para um elétron que está na superfície, fazendo com que esse elétron seja ejetado. A energia do fóton precisa ser maior do que a energia mínima necessária para ejetar o elétron, que é chamada de função trabalho.

O efeito fotoelétrico é importante em muitas áreas da física e da tecnologia, incluindo a geração de energia solar fotovoltaica, a fotografia e a espectroscopia. Na geração de energia solar fotovoltaica, por exemplo, o efeito fotoelétrico é o processo fundamental que ocorre nas células solares para converter a energia solar em eletricidade.

As células solares são feitas de materiais semicondutores, como o silício, que possuem a propriedade de absorver fótons e gerar elétrons livres. Quando a luz solar incide na célula solar, os fótons transferem energia para os elétrons do material, fazendo com que eles sejam ejetados e gerem uma corrente elétrica. Esse processo é chamado de efeito fotoelétrico interno e é a base da geração de energia solar fotovoltaica.

Um módulo fotovoltaico é composto por células solares, que são dispositivos que convertem a energia solar em eletricidade. As células solares são geralmente feitas de silício e são tratadas com impurezas para criar camadas p e n, criando um campo elétrico em cada célula.

Quando a luz solar incide nas células solares, os elétrons são excitados e se movem para a camada n, onde são coletados pelos contatos metálicos que estão conectados a um circuito elétrico externo. Esse circuito elétrico é formado por uma série de células solares interconectadas, que geram uma corrente elétrica contínua (CC).

A corrente elétrica contínua gerada pelos módulos fotovoltaicos pode ser usada diretamente em aparelhos que funcionam com corrente contínua, como alguns motores e lâmpadas. No entanto, a maioria dos aparelhos elétricos em casas e edifícios funcionam com corrente alternada (CA), então é necessário um inversor para converter a corrente contínua em corrente alternada.

O inversor é um dispositivo eletrônico que converte a corrente contínua gerada pelos módulos fotovoltaicos em corrente alternada, que pode ser usada para alimentar aparelhos elétricos convencionais. Alguns inversores também possuem funções de monitoramento e controle, permitindo que o proprietário do sistema fotovoltaico monitore o desempenho do sistema e faça ajustes para otimizar a geração de energia.

Os módulos fotovoltaicos são geralmente montados em estruturas que os mantêm fixos e orientados para receber a luz solar da melhor maneira possível. A inclinação e orientação do módulo fotovoltaico em relação ao sol é importante para garantir a máxima geração de energia possível.