Que tipo de luz uma célula solar precisa?

A radiação solar nos comprimentos de onda do vermelho ao violeta projeta uma célula solar com energia suficiente para criar eletricidade. Mas as células solares não respondem a todas as formas de luz. Os comprimentos de onda no espectro infravermelho têm muito pouca energia necessária para empurrar os elétrons soltos no silício da célula solar, o efeito que produz corrente elétrica. Os comprimentos de onda ultravioleta têm muita energia. Esses comprimentos de onda simplesmente criam calor, o que pode reduzir a eficiência de uma célula. As células solares requerem certos comprimentos de onda no espectro de luz para gerar quantidades úteis de eletricidade.

Uma célula solar ou fotovoltaica é um sanduíche de duas camadas de silício; uma camada, chamada de tipo N, contém traços de elementos como o arsênico para dar ao material uma carga elétrica negativa; a segunda camada, chamada de tipo P, é entrelaçada com outros elementos que fornecem uma carga positiva. Eletricamente, os dois lados agem como os terminais de uma bateria; quando conectado a um circuito, uma corrente elétrica flui do lado positivo, através dos componentes do circuito e para o lado negativo da célula solar. Algumas células solares usam silício na forma de cristal; outros usam um silício amorfo ou semelhante ao de vidro. O silício cristalino tende a ser mais eficiente na conversão de luz, mas custa mais do que o tipo amorfo.

Brilho ou luminosidade é a quantidade de luz que brilha em uma célula solar. Na escuridão total, uma célula não produz eletricidade. Conforme a quantidade de luz aumenta, o mesmo acontece com a corrente da célula. Em um certo nível de brilho, no entanto, a saída da célula atinge um limite; além deste ponto, mais luz não fornece corrente adicional. As especificações de uma célula solar incluem uma tensão nominal e classificação de corrente que é a saída da célula sob luz solar direta e brilhante. Para obter o máximo de produção de uma célula solar, é importante colocá-la de frente para o sol o mais diretamente possível. Um instalador de painel solar, por exemplo, monta um painel em um ângulo que capta a maior parte dos raios solares. O ângulo depende de onde você está localizado na Terra: quanto mais distante ao norte ou ao sul você estiver do equador, mais íngreme será o ângulo. Algumas "fazendas" de energia solar têm painéis em um mecanismo que se inclina, rastreando o movimento diário do sol no céu.

A luz visível faz parte do espectro eletromagnético, uma forma de energia que também inclui ondas de rádio, ultravioleta e raios-X. As cores do arco-íris contidas na luz visível representam diferentes comprimentos de onda; o comprimento de onda da cor vermelha, por exemplo, é de cerca de 700 nanômetros, ou bilionésimos de um metro, e 400 nanômetros é o comprimento de onda do violeta. As células solares respondem a muitos dos mesmos comprimentos de onda detectados pelo olho humano.

As células solares geralmente funcionam bem com luz solar natural, já que a maioria dos usos para dispositivos movidos a energia solar é ao ar livre ou no espaço. Como as fontes artificiais de luz, como lâmpadas incandescentes e fluorescentes, imitam o espectro do Sol, as células solares também podem funcionar em ambientes fechados, alimentando pequenos dispositivos como calculadoras e relógios. Outras fontes artificiais, como lasers e lâmpadas de néon, têm espectros de cores muito restritos; as células solares podem não funcionar tão bem com sua luz.