Energia Solar - Trabalho Pronto

RESUMO

O trabalho a ser apresentado tenta explicar de forma simples, objetiva e intuitiva o funcionamento da energia solar, e suas características tais como vantagens, desvantagens e viabilidade. A energia solar também conhecida como energia fotovoltaica ainda é muito pouco aproveitada no brasil, mesmo o brasil possuindo características favoráveis a implantação deste sistema, que é muito utilizada em países europeus que ao contrário de nosso país, que não as possui. Claro que como qualquer outro sistema gerador de energia, o solar não possui apenas pontos positivos também há os negativos, porém irrelevantes se comparado ao bem que trás ao nosso planeta.

INTRODUÇÃO

A crise energética e a busca por energias renováveis têm reacendido o debate sobre fontes alternativas de energia, um exemplo disto é o Rio + 20 que ocorrerá no Brasil entre os dias 13 e 22 de junho. E nesses debates a energia solar vem ganhando cada vez mais espaço, uma vez que é de fácil implantação, possui custo de manutenção baixo, é uma fonte renovável e ideal para locais onde as radiações solares são abundantes. Mas no Brasil, país que pela área, geografia e localização, entre outros fatores, é potencialmente favorável para o desenvolvimento de sistemas fotovoltaicos, existe um atraso nesta área em relação a outros países. 

Com o constante avanço da tecnologia, várias inovações no modo como são fabricados os sistemas para geração de energia solar estão surgindo, contribuindo assim para diminuição dos preços e consequentemente tornando este tipo de energia mais acessível. 

A radiação solar é um dos maiores responsáveis por grande parte da energia renovável disponível no planeta terra. E por incrível que pareça, apenas uma pequena parte desta forma de energia é utilizada. 

Esta forma de energia, juntamente com outras formas secundárias, é uma das tecnologias mais importantes para o desenvolvimento de um planeta sustentável. Sua utilização é de extremo interesse para organizações que visam um mundo equilibrado, ecologicamente correto e que não agrida a natureza.

1 O QUE É ENERGIA SOLAR?

Diariamente muita energia chega ao nosso planeta de forma gratuita e limpa. Os raios solares, além de trazerem a luz e o calor, essenciais para a vida na Terra, podem ser aproveitados para a geração de energia, tanto na forma de calor como na eletricidade. Para se ter uma ideia, uma hora de sol na superfície da Terra contém mais energia do que o planeta utiliza em um ano.

No seu movimento de translação ao redor do Sol, a Terra recebe 1 410 W/m² de energia, medição feita numa superfície normal (em ângulo reto) com o Sol. Disso, aproximadamente 19% é absorvido pela atmosfera e 35% é refletido pelas nuvens. Ao passar pela atmosfera terrestre, a maior parte da energia solar está na forma de luz visível e luz ultravioleta.

Em termos mais técnicos a Energia solar é a designação dada a qualquer tipo de captação de energia luminosa, energia térmica (e suas combinações) proveniente do sol, e posterior transformação dessa energia captada em alguma forma utilizável pelo homem, seja diretamente para aquecimento de água ou ainda como energia elétrica ou energia térmica.

1.1         UM POUCO DA HISTÓRIA

O efeito fotovoltaico é o resultado da interação da luz com os materiais semicondutores de uma célula fotovoltaica. No interior desta, tal efeito é responsável pela transformação de energia solar em energia elétrica. Ele foi observado e descrito pela primeira vez em 1839, pelo físico francês Alexandre Edmond Becquerel. Em 1954 os pesquisadores americanos Pearson, Fuller e Chapin, do Laboratório Bell, criaram a primeira célula fotovoltaica para uso prático (de silício monocristalino). Em 1958 foram utilizadas pela primeira vez células fotovoltaicas para alimentar um satélite, o Vanguard I.

1.2 EXPLICAÇÃO DO TERMO FOTOVOLTAICA

Essa eletricidade que vem do sol é chamada de fotovoltaica*, termo formado à partir de duas palavras: foto, que em grego significa “luz”, e voltaica, que vem da palavra “volt”, a unidade para medir o potencial elétrico.

*Existem outras formas de conversão indireta de energia solar em eletricidade, como, por exemplo, a heliotérmica.

2 COMO GERAR ELETRICIDADE A PARTIR DO SOL?

O raio solar é transformado em eletricidade em uma célula fotovoltaica, fabricada com materiais chamados de semicondutores. O mais utilizado é o silício. A luz solar é pura energia, composta de pequenos elementos denominados fótons.

Quando os fótons atingem a célula fotovoltaica, parte deles é absorvida. Esses fótons despertam os elétrons do material semicondutor, gerando assim eletricidade. Quanto a maior a intensidade da luz solar, maior o fluxo de eletricidade.

Em outras palavras podemos dizer que a geração de energia elétrica através da luz se dá através do uso de células fotossensíveis ou comumente chamadas de células fotovoltaicas, que agrupadas em módulos ou painéis compõem os painéis solares fotovoltaicos. Um sistema composto pelo painel, controlador de carga, acumulador e acessórios, é denominado como Gerador Fotovoltaico.

Os geradores fotovoltaicos são muito seguros e simples, não necessitam do controle humano funcionam automaticamente e uma vez adequadamente instalados, não causam acidentes que possam trazer danos.

Geram energia na presença da luz; Necessariamente não precisam da incidência direta da luz solar, mas é recomendável para se obter o melhor rendimento do painel. Isto significa que há geração elétrica mesmo em dias nublados;

O rendimento se altera, conforme há maior ou menor intensidade da luz. A geração só se interrompe na redução  quase total de luz.(ex.: à noite).

A corrente gerada é de forma contínua e pode ser guardada em acumuladores elétricos (baterias), para uso quando necessário ou à noite.

O sistema é modular, ou seja, vários módulos podem ser conectados entre si, fornecendo a quantidade de energia necessária para o uso, podendo ser expandida, reduzida ou transferida de local conforme uma nova necessidade. Não há limite da capacidade de geração.

3 QUAL A DIFERENÇA ENTRE CÉLULA, MÓDULO E PAINEL?

A célula fotovoltaica nada mais é que a unidade básica desenvolvida para realizar a conversão direta de energia solar em elétrica. O módulo  é a unidade formada por um conjunto de células solares, interligadas eletricamente e encapsuladas, com o objetivo de gerar eletricidade. Já os painéis são dois ou mais módulos voltaicos interligados eletricamente, montados de modo a formar uma única estrutura. Um conjuntos de módulos, juntamente com equipamentos complementares (inversores e cabos), forma uma usina fotovoltaica. Existem diversas instituições no mundo especializadas em testes de qualidade de componentes de sistemas fotovoltaicos. No Brasil, desde 2010 os módulos mais eficientes recebem o selo Procel de economia de energia.

4 COMO SÃO FEITOS OS MÓDULOS SOLARES?

Existem duas maneiras de se fabricar um módulo solar.

A primeira delas é com células solares feitas de fatias superfinas de silício em formato cristalino. Normalmente elas são colocadas entre vidros, com moldura de alumínio. Essa técnica é a mais tradicional e, hoje, com maior escala de produção em nível comercial.

O silício é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre, por isso não há limites com relação à matéria-prima para a produção de células solares desse material. A limitação aqui está na obtenção do silício com a pureza necessária para fabricar as células fotovoltaicas,  o que exige um alto conhecimento tecnológico.

O segundo modo de fabricar os módulos é através da aplicação a plasma (quase como um “spray”) de um material semicondutor sobre um vidro ou em outro material (que pode ser flexível), que servirá como uma “cama”. Em seguida, esse conjunto é coberto por um material transparente, como o vidro. Está pronto o chamado filme fino, a tecnologia mais fácil de ser integrada às edificações urbanas. Os elementos utilizados neste caso são silício (na sua forma não cristalina, que é chamada de silício amorfo) ou compostos químicos como telureto de cádmio (CdTe) ou disseleneto de cobre (gálio) e índio (CIS e CIGS).

Este modo de fabricação permitiu o desenvolvimento de módulos solares ­flexíveis, inquebráveis, leves, semitransparentes, com superfícies curvas, que aumentam a versatilidade na sua aplicação, principalmente em projetos de integração às construções.

5 ONDE PODEM SER INSTALADOS SISTEMAS SOLARES?

EM EDIFICAÇÕES CONECTADAS À REDE

Este é o tipo mais comum de instalação fotovoltaica, o qual, normalmente, substitui revestimentos arquitetônicos de edificações, como telhados e fachadas, ou se sobrepõe a estes. A energia gerada pode ser injetada na rede elétrica de nossas cidades.

EM ÁREAS ISOLADAS

São instalados em áreas de difícil acesso à rede elétrica. Neste caso, o sistema fotovoltaico é a única fonte de eletricidade e é necessário o uso de baterias para armazená-la. Podem gerar energia para apenas uma residência ou estar em minirredes para atender uma pequena comunidade.

EM SISTEMAS HÍBRIDOS

Neste caso, geração fotovoltaica funciona em conjunto com outras fontes de energia, como a eólica ou geradores a diesel.  Esses sistemas são mais complexos, pois exigem um controle capaz de integrar as diferentes formas de geração de energia. Eles podem estar conectados à rede, isolados ou apenas ter o apoio da rede.

EM CENTRAIS FOTOVOLTAICAS

Também conectadas à rede, produzem uma grande quantidade de eletricidade em um único ponto. O tamanho da usina varia de alguns a dezenas de megawatts. Normalmente estão próximo a indústrias que exigem um consumo intenso de energia.

EM BENS DE CONSUMO

As células fotovoltaicas podem ainda ser aplicadas em diversos equipamentos elétricos, como relógios, calculadoras, mochilas, brinquedos, carregadores de bateria ou estacionamentos para carregar carros elétricos. Outras aplicações incluem sistemas de irrigação, sinalização em rodovias, postes e telefones públicos.

6 MANUTENÇÃO DOS PAINÉIS SOLARES

Não é incomum que haja acúmulo de poeira ou fuligem sobre os painéis solares, principalmente nas grandes cidades. Em geral, o principal mecanismo de limpeza costuma ser a própria chuva, que remove os resíduos, mas ela pode não ser suficiente quando há grandes períodos sem chover ou quando os painéis solares tiverem inclinação menor do que 15°, o que é  comum é comum quando se aproveita energia solar no brasil. Nesses casos, não há inclinação suficiente para que os resíduos sejam levados, e seu acúmulo proporcionará redução na produção de energia.

Nesses casos, recomenda-se que se faça a manutenção dos painéis solares, limpando sua superfície com um pano úmido e detergente neutro.

Além da limpeza, recomenda-se a checagem da fiação elétrica para, para certificar-se que não haja fios soltos ou oxidados, se não há células solares soltas no painel solar. Todos os cuidados devem ser tomados para evitar descargas elétricas, já que os painéis solares produzem energia elétrica mesmo em dias nublados e com pouca luz.

7 COMO A ELETRICIDADE PRODUZIDA CHEGA A REDE ELÉTRICA?

As células solares captam a radiação do sol e utilizam os fótons da luz para gerar eletricidade. Essa eletricidade, que está em corrente contínua e é variável, passa pelos inversores para que seja convertida em corrente alternada com as características da nossa rede elétrica.

Depois de passar pelo inversor, a eletricidade solar poderá ser usada para alimentar os aparelhos elétricos da residência. E, se nem toda a eletricidade for consumida, o excedente é lançado na rede.

8 PERGUNTAS FREQUENTES

1) Por que as células solares normalmente são azuis?

Os módulos solares com células de silício cristalino são normalmente azuis porque esta é a cor com a qual a célula apresenta a melhor eficiência na conversão de energia solar para elétrica. Antes de virarem células solares, as fatias superfinas de silício (chamadas de “wafers”) são na verdade cinza-fosco, a cor natural desse elemento.

Em uma das últimas etapas da fabricação da célula solar, ela recebe uma camada antirreflexiva ultrafina (normalmente de nitrato de silício), que a deixa com o tom azul.

2) Como eu faço a noite quando não há sol?

Se o seu sistema está conectado à rede, você irá consumir energia elétrica da rede.  Aqueles que não estão conectados à rede possuem um conjunto de baterias que armazenam a energia para utilizar justamente nos períodos em que não há sol.

3) Em dias nublados, o módulo fotovoltaico gera energia?

Sim. Os sistemas fotovoltaicos não precisam de um dia de céu limpo com muito sol para operar. Na verdade, mesmo em dias nublados eles produzem energia elétrica, porém numa intensidade menor do que em dias claros.

9 E VALE A PENA TER ENERGIA FOTOVOLTAICA NO BRASIL?

Não há um símbolo tão brasileiro quanto o sol: a cor que ilumina nossas festas, o calor que faz nosso povo tão acolhedor e, por que não, a energia que ilumina nossas casas?

A radiação solar na região menos ensolarada do país é 40% maior do que na região mais ensolarada da Alemanha, por exemplo, que é um dos líderes no uso da energia fotovoltaica.

Apesar dessas condições favoráveis, o uso de energia solar para geração elétrica ainda é pouco considerado como uma opção para alimentar nossas indústrias, casas e edifícios. Como o país já possui uma das matrizes energéticas mais limpas do mundo, a melhor integração da energia solar fotovoltaica seria como uma fonte complementar, aproximando a geração do consumo e reduzindo assim perdas com transmissão.

Se nas cidades há vastas áreas sobre as edificações para a instalação de painéis fotovoltaicos, no meio rural essa fonte energética é a opção mais limpa e segura para levar eletricidade a comunidades isoladas e de difícil acesso.

Além disso, o Brasil possui uma das maiores reservas de silício do mundo. Isso faz com que o país seja um local privilegiado para desenvolver uma indústria de produção de células solares gerando empregos e retornos em impostos pagos. Para isso, seria preciso investir em pesquisas para desenvolver um conhecimento de purificação do silício até o chamado ‘grau solar’, que é superior ao do silício empregado na siderurgia.

10 VANTAGENS DA ELETRICIDADE SOLAR

As usinas fotovoltaicas integradas às edificações urbanas e conectadas à rede oferecem diversas vantagens para o sistema elétrico de um país, muitas das quais relacionadas à redução de custos e que ainda não são consideradas ou quantificadas. Podemos citar:

1. redução de perdas por transmissão e distribuição de energia, já que a eletricidade é consumida onde é produzida;
2. redução de investimentos em linhas de transmissão e distribuição;
3. baixo impacto ambiental;
4. fornecimento de maiores quantidades de eletricidade nos momentos de maior demanda (ex.: o uso de ar-condicionado é maior ao meio-dia no Brasil, quando há  maior incidência solar e, consequentemente, maior geração elétrica solar);
5. a não exigência de área física dedicada;
6. rápida instalação, devido à sua grande modularidade e curtos prazos de instalação, aumentando assim a geração elétrica necessária em determinado ponto ou edificação.
7. a energia solar não polui durante sua produção;

11 DESVANTAGENS DA ELETRICIDADE SOLAR

Como qualquer outra forma de se gerar energia, a eletricidade tem suas desvantagens.

1. Um painel solar consome uma quantidade enorme de energia para ser fabricado. A energia para a fabricação de um painel solar pode ser maior do que a energia gerada por ele.
2. Os preços ainda são muito elevados em relação aos outros meios de energia.
3. Existe variação nas quantidades produzidas de acordo com a situação atmosférica (chuvas, neve), além de que durante a noite não existe produção alguma, o que obriga a que existam meios de armazenamento da energia produzida durante o dia em locais onde os painéis solares não estejam ligados à rede de transmissão de energia.
4. Locais em latitudes médias e altas (Ex: Finlândia, Islândia, Nova Zelândia e Sul da Argentina e Chile) sofrem quedas bruscas de produção durante os meses de inverno devido à menor disponibilidade diária de energia solar. Locais com frequente cobertura de nuvens (Curitiba, Londres), tendem a ter variações diárias de produção de acordo com o grau de nebulosidade.
5. As formas de armazenamento da energia solar são pouco eficientes quando comparadas, por exemplo, aos combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás), a energia hidroelétrica (água) e a biomassa (bagaço da cana ou bagaço da laranja).

12 CONCLUSÃO

Fica evidente que o consumo e a demanda por energia é cada vez maior no mundo, e a busca por novos meios de se gerar energia limpa e renovavel se itensifica a cada dia.

E em relação ao tema abordado neste trabalho que no caso é a energia solar, conclui-se que o sistema de energia solar é um investimento com retorno a logo prazo, alternativa vantajosa para locais isolados como regiões onde a rede de transmissão de energia por hidroelétricas  não alcança. E o mais importante deste tipo de energia é o fato de contribuir para o desenvolvimento de um planeta sustentável.

13 REFERÊNCIAS

WIKIPEDIA. Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Painel_solar.

Acessado em 9 de junho de 2012.

SOLAR ENERGY. Disponível em: http://www.solarenergy.com.br/.

Acessado em 9 de junho de 2012.

SUNLAB. Disponível em: http://www.sunlab.net.br/Energia_solar_Sunlab.htm.

Acessado em 9 de junho de 2012.

PAINÉIS SOLARES. Disponível em: http://painelsolares.com/.

Acessado em 9 de junho de 2012.

AMERICA DO SOL. Disponível em: http://www.americadosol.org/.

Acessado em 9 de junho de 2012

14 FIGURAS

Figura 1 - Como gerar eletricidade a partir do sol

Figura 2 - Diferença entre Célula, Módulo e Painel

Figura 3 - Aplicações Integradas de Módulos Solares a construções

Figura 4 - Instalado em Edificações conectadas à rede

Figura 5 - Instalado em Áreas Isoladas

Figura 6 - Instalado em Centrais Fotovoltaicas

Figura 7 - Instalado em Sistemas Híbridos

Figura 8 - Instalado em Bens de Consumo