ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
CÉLULA FOTOVOLTAICA OU CÉLULA SOLARPAINEL FOTOVOLTAICO OU PAINEL SOLAR
AQUECEDOR SOLAR DE ÁGUA
INTRODUÇÃO
A
energia solar fotovoltaica é uma fonte ou forma de energia baseada na tecnologia de geração de
eletricidade fotovoltaica, por meio de painéis fotovoltaicos ou painéis solares compostos por módulos de células
fotovoltaicas ou células solares. É uma fonte limpa e inesgotável
de energia baseada no aproveitamento de uma fração muito
pequena da imensa capacidade de geração de energia do Sol, que, na
verdade, é a principal fonte de energia do planeta Terra.
A
rigor, o Sol é, provavelmente, o principal, o mais importante,
responsável pela vida em geral no planeta Terra. A energia solar,
absorvida pelas plantas no fenômeno da fotossíntese, por exemplo, é vital para
o seu desenvolvimento e, por consequência, dos animais vegetarianos,
que obviamente se alimentam de vegetais, e dos animais carnívoros que, por sua vez, se alimentam de animais vegetarianos.
O
Sol é, inclusive, o principal responsável pelos importantes fenômenos naturais relacionados à geração dos diversos tipos de
energia consumidos pelos ser humano. Por exemplo: A energia do sol
altera o estado físico da água dos mares, rios e lagos, com a
consequente evaporação resultante do aquecimento da água. Na sequência vem, naturalmente, a condensação dela para a formação de chuva, que resulta
no reinício do ciclo de represamento de água necessária para
abastecer os grandes reservatórios de água das usinas
hidrelétricas.
BASE TEÓRICA
A energia solar é consequência direta de reações nucleares dentro do Sol, quando os seus átomos de hidrogênio formam átomos de hélio, gerando assim uma gigantesca quantidade de energia. Só pra se ter uma ideia, em apenas um segundo o Sol gera mais energia do que toda a humanidade conseguiu, em toda sua história, gerar energia aqui no planeta em que vivemos.
Em um contexto de
Astronomia, o fenômeno de fusão nuclear é a conversão de
hidrogênio em hélio, em que a força da gravidade dá sua parcela
de contribuição para essa imensa liberação de carga de energia. O
Sol é uma estrela de média grandeza, isso significa que há no Universo estrelas muito maiores e muito mais potentes que ele. O Sol
é a estrela central do Sistema Solar, do qual o planeta Terra faz
parte. Ele é realmente muito grande, tem aproximadamente 1.300.000 vezes o
tamanho do planeta em que vivemos, considerando volume.
Durante esse processo, a
energia gerada no interior do Sol vai para a sua superfície,
conhecida como fotosfera, e a partir desse momento ela se irradia
para o espaço, em todas as direções. Para nossa tranquilidade,
apenas uma pequena porcentagem de toda a energia gerada pelo Sol
chega até o planeta Terra, e se não fosse assim a vida não
existiria aqui, seria quente demais.
Essa energia
irradiada pelo Sol chega ao planeta Terra através das partículas de
energia chamadas fótons. Essas partículas se deslocam a uma
velocidade de 300.000 quilômetros por segundo, por isso levam cerca
de oito minutos para chegar à Terra, que está a aproximadamente 150
milhões de quilômetros do sol.
Apenas para efeito
didático de comparação, o Sol libera a cada segundo energia
equivalente a um bilhão de bombas atômicas, consumindo 600
toneladas de hidrogênio a cada segundo. Os fótons são os
componentes básicos da irradiação eletromagnética, eles são
conhecidos também como luz, são gerados pelo Sol em seu interior
e viajam no espaço a velocidade altíssima.
CRIAÇÃO
E DESENVOLVIMENTO
A célula fotovoltaica ou célula solar é um componente que converte os raios solares em energia elétrica, ela é um dispositivo capaz de converter a luz em energia elétrica, esse fenômeno é chamado de efeito fotovoltaico. As células solares são agrupadas e formam um conjunto chamado painel solar. O painel solar e as baterias que acumulam essa energia gerada são a base tecnológica do sistema de geração de energia solar fotovoltaica.
Pelo
que se sabe, a base científica para a posterior criação e
desenvolvimento das tecnologias de geração de energia solar
fotovoltaica tiveram origem em 1839, com a demonstração
experimental do físico francês Alexandre Edmond Becquerel, que
construiu a primeira célula fotovoltaica. Outro cientista,
Willoughby Smith, descreveu pela primeira vez a teoria relacionada,
segundo ele, ao efeito da luz em selênio durante a passagem de uma
corrente elétrica. O estudo foi publicado na Revista Nature, em
1873.
Anos
depois, em 1883, foram construídas as primeiras células
fotovoltaicas pelo cientista Charles Fritts, cobrindo o selênio com
uma camada fina de ouro, porém a eficiência do dispositivo naquela
época estava muito limitada ainda.
A
eficiência da tecnologia de geração de energia fotovoltaica teve um avanço muito significativo com o desenvolvimento da altíssima tecnologia
espacial, a partir da adoção de materiais mais refinados, mais nobres, como o
arsenieto de gálio ou arseneto de gálio. Ela foi melhorada na década de 1960 por governos de países tecnologicamente avançados, em parceria com institutos de
pesquisa e a iniciativa privada, para suprir de eletricidade os
primeiros satélites criados pelo ser humano e lançados para a
órbita da Terra.
Posteriormente, anos depois, parte dessa tecnologia foi transferida para a iniciativa privada para suprir de eletricidade aqui na Terra os equipamentos, aparelhos, sistemas e dispositivos, elétricos e eletrônicos, que estão fora do alcance das grandes e potentes redes cabeadas convencionais de energia elétrica ou temporariamente distantes dessas redes, sejam instalados em imóveis ou sejam embarcados em veículos ou carregados em mochilas, bolsas ou malas pelos seus usuários. A calculadora portátil a energia solar é um exemplo tipico de pequeno dispositivo utilitário que não depende das grandes redes de energia convencional, ela pode ser levada no bolso ou na mala do usuário para qualquer lugar do mundo, sem perda de autonomia.
Posteriormente, anos depois, parte dessa tecnologia foi transferida para a iniciativa privada para suprir de eletricidade aqui na Terra os equipamentos, aparelhos, sistemas e dispositivos, elétricos e eletrônicos, que estão fora do alcance das grandes e potentes redes cabeadas convencionais de energia elétrica ou temporariamente distantes dessas redes, sejam instalados em imóveis ou sejam embarcados em veículos ou carregados em mochilas, bolsas ou malas pelos seus usuários. A calculadora portátil a energia solar é um exemplo tipico de pequeno dispositivo utilitário que não depende das grandes redes de energia convencional, ela pode ser levada no bolso ou na mala do usuário para qualquer lugar do mundo, sem perda de autonomia.
Entretanto,
com o passar do tempo, com aumento substancial da eficiência
tecnológica desse tipo de geração de energia, com o ganho de
escala nos processos produtivos e a consequente redução dos seus
custos de aquisição e de manutenção, a tecnologia de geração de
energia solar fotovoltaica passou a ser usada também para suprir de
eletricidade uma variedade de equipamentos, aparelhos, sistemas e
dispositivos, elétricos e eletrônicos, instalados em residências
ou instalações industriais e comerciais, urbanas ou rurais, onde já
havia o fornecimento regular de eletricidade por meio das grandes
redes cabeadas, com o objetivo de reduzir os gastos com energia
elétrica convencional ou para servir como nobreak de
eletricidade, que entra imediatamente em ação quando há interrupção temporária no fornecimento de eletricidade da rede convencional.
A
eficiência atual dos sistemas terrestres de geração de energia
elétrica fotovoltaica é de cerca de 16% e a eficiência dos sistemas
espaciais para geração dessa energia é maior, de cerca de 28%, em parte
devido ao uso do arsenieto de gálio nos
sistemas espacias, incluindo os satélites e a ISS - International Space Station, traduzindo Estação Espacial Internacional. A intensidade da radiação solar sobre a
superfície terrestre é o equivalente a aproximadamente 1.000 watts por metro
quadrado, portanto é óbvio que há ainda um longo caminho a
percorrer no sentido do aumento de eficiência dos sistemas terrestres de geração de energia solar fotovoltaica.
A
tecnologia de geração de energia solar fotovoltaica é considerada
um tipo de geração limpa de energia, ou seja, ela é considerada
uma fonte de energia sustentável ou renovável, embora não seja tão eficiente em
termos de capacidade / potência de geração que a energia
hidrelétrica e a energia eólica, que também são sustentáveis ou renováveis.
Aliás, a energia hidrelétrica não é totalmente imune a
controvérsias sobre seus impactos ambientais, embora seja muito
eficiente, na verdade ela tem lá suas polêmicas. A energia eólica
é a mais limpa e renovável que existe, ela é quase 100% ecológica.
A
tecnologia de geração de energia solar fotovoltaica está dividida em
dois tipos de sistemas, os sistemas fotovoltaicos conectados à rede
convencional de energia elétrica e os chamados sistemas autônomos.
Logo acima e logo abaixo, duas ilustrações esquemáticas simplificadas que relacionam os componentes do sistema de aquecimento solar de água e suas relações dentro do processo de aquecimento da água e de armazenamento da água já aquecida. O sistema de aquecimento solar de água é mais simples e mais barato que o sistema de geração de energia solar fotovoltaica, no entanto as suas funções não são idênticas, são equipamentos com utilidade diferentes, embora com alguns pontos em comum.
O
aquecedor solar de água é um sistema básico, simples e relativamente barato de aquecimento de água
por meio da energia solar, atuando diretamente sobre os componentes escurecidos de metal e de plástico que formam o coletor solar, que aquece a
água. O calor solar atua diretamente sobre as placas do aquecedor
solar e aquece as aletas de alumínio e as tubulações de cobre,
enquanto a água circula dentro das tubulações de cobre,
impulsionada naturalmente por diferenças de temperatura ou por meio
de motobombas.
É
importante não confundir o sistema de geração de energia solar
fotovoltaica, mais sofisticado, composto por painéis solares, com o
simples e barato aquecedor solar de água instalado em muitas
residências de classes média e alta no Brasil e em muitas
instalações industriais e comerciais. Existem diferenças significativas entre o gerador de energia solar, que utiliza painéis
solares para geração de energia elétrica e baterias para armazenamento dessa energia, e o
simples aquecedor de água instalado em residências e instalações
de empresas e outras organizações, para simples aquecimento de água.
O
aquecedor solar de água é um sistema composto pelo coletor solar e
pelo reservatório. O coletor solar possui serpentinas de cobre
embutidas em uma estrutura escurecida de metal e de plástico para
simples aproveitamento dos raios solares no aquecimento da água que
flui por dentro das serpentinas ou tubulações. Após aquecida a
água é depositada em um reservatório com isolamento térmico, o
boiler, para manter a temperatura, e posteriormente enviada por
encanamento para as torneiras e chuveiros dos usuários.
A
tecnologia utilizada pelos aquecedores solares para aquecimento de
água é a de energia solar térmica, baseada no efeito fototérmico,
que consiste na captação da irradiação solar e sua conversão
simples e direta em calor.
ENERGIA
SOLAR FOTOVOLTAICA
Logo acima, ilustração simplificada da Universidade Federal de Santa Catarina, que expõe de forma resumida o modo de funcionamento do sistema fotovoltaico conectado à rede convencional. Esse sistema possibilita ao usuário enviar para a rede convencional de eletricidade o excedente de energia fotovoltaica produzido em sua propriedade, com desconto em sua conta convencional de energia elétrica equivalente ao preço de mercado da energia fotovoltaica excedente. Logo abaixo, um sistema de geração de energia solar fotovotaica de larga escala fabricado pela gigante americana General Electric, uma das maiores do setor.
Voltando ao assunto energia solar fotovoltaica, como já dito anteriormente, o efeito fotovoltaico foi observado inicialmente por Edmond Becquerel em 1839. Esse efeito consiste no fenômeno de diferença de potencial nos extremos de um semicondutor, quando ele absorve a luz visível.
Voltando ao assunto energia solar fotovoltaica, como já dito anteriormente, o efeito fotovoltaico foi observado inicialmente por Edmond Becquerel em 1839. Esse efeito consiste no fenômeno de diferença de potencial nos extremos de um semicondutor, quando ele absorve a luz visível.
Os
sistemas baseados na geração de energia solar fotovoltaica têm as
seguintes vantagens:
- Matéria prima praticamente inesgotável, os raios do Sol;
- Não há emissão de poluentes durante a geração desse tipo de eletricidade;
- Os sistemas podem ser instalados em quase todo o planeta;
Os
sistemas baseados na geração de energia solar tem alguns pontos
fracos:
- Eficiência ainda baixa de geração dos sistemas terrestres, em torno de 16% para cada equipamento gerador, considerando a potencialidade total disponível no planeta em que vivemos.
- A aquisição e instalação dos equipamentos de captação, conversão e os acumuladores (baterias) ainda requerem investimentos mais elevados que a simples instalação de energia elétrica convencional das grandes redes tradicionais cabeadas.
Parece
não haver consenso entre cientistas e técnicos sobre queda de
desempenho do sistema de geração de energia elétrica fotovoltaica
nos dias nublados e chuvosos. Há profissionais que afirmam não
haver queda significativa ou considerável de desempenho, enquanto
outros afirmam que o sistema tem desempenho variável entre os dias
nublados e chuvosos e os dias de céu aberto.
SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
Os sistemas de geração de energia solar fotovoltaica estão divididos em três tipos ou grupos, os chamados sistemas isolados, os chamados sistemas conectados à rede e os sistemas considerados híbridos:
Os sistemas de geração de energia solar fotovoltaica estão divididos em três tipos ou grupos, os chamados sistemas isolados, os chamados sistemas conectados à rede e os sistemas considerados híbridos:
- Sistemas On-Grid: Esses sistemas são conhecidos também como sistemas conectados à rede convencional pública de energia elétrica. Eles estão sub-divididos em dois tipos, o primeiro é composto por fazendas ou usinas solares, com a principal finalidade econômica e de projeto de gerar energia elétrica de larga escala e injetá-la diretamente e instantaneamente na rede convencional pública, e o segundo de uso predominantemente residencial e/ou comercial para consumo próprio, mas cujo excedente de produção é injetado imediatamente na rede pública convencional, com o objetivo de obter descontos na conta convencional de energia elétrica;
- Sistemas Off-Grid: Conhecidos também como sistemas isolados. Eles não têm contato com a rede de distribuição de eletricidade da concessionária de energia elétrica e possuem os chamados acumuladores, que nada mais são que baterias, para o uso da energia elétrica de dia, quando nublado e / ou chuvoso, e a noite, quando não há sol e, portanto, não há geração de energia.
- Sistemas Hibridos: Esses sistemas combinam, de uma forma ou de outra, as características dos dois sistemas citados acima, o On-Grid e o Off-Grid;
Atualmente, o sistema
On-Grid sem uso de acumuladores, isto é, baterias, tem sido o mais
adotado por grande parte dos clientes pessoas físicas e jurídicas
no Brasil, principalmente porque é o sistema mais acessível e
economicamente mais vantajoso, já que o excedente de energia
elétrica fotovoltaica produzido no estabelecimento comercial e/ou
na residência do cliente traz um retorno financeiro, o chamado
payback, em torno de 8 anos após a instalação do sistema. Isso
significa que, durante os 8 primeiros anos de instalado, o sistema traz uma economia
na conta convencional de energia elétrica equivalente ao que o
cliente gastou para comprar o sistema de geração de energia solar
fotovoltaica.
Outro detalhe importante,
a energia solar fotovoltaica é abundante no Brasil, pois a maior
parte do país está localizada entre a Linha do Equador e o Trópico
de Capricórnio, onde na maior parte do ano há forte incidência de
raios solares, com grande potencial de geração de energia
fotovoltaica.
Em número aproximados e apenas em caráter informativo, o custo de aquisição e instalação
de um sistema de energia solar fotovoltaica On-Grid para uma
residência de família de classe média, dimensionado
para consumo diário de cinco pessoas, utilizando materiais de
primeira linha e pessoal qualificado para uma instalação bem feita,
pode variar entre R$ 25.000 e R$ 35.000, com retorno em cerca de 8
anos, considerando o custo atual de energia convencional das
concessionárias.
MERCADO
Hoje em dia a energia elétrica é uma das principais
fontes de energia do mundo. De modo geral, dos pontos de vista econômico,
político, empresarial, social e da administração pública melhorar e ampliar
sistemas de infraestrutura de transporte e telecomunicações, melhorar a oferta
das diversas formas de energia e universalizar o saneamento básico, a educação
e a saúde são condições fundamentais para que qualquer país no mundo de desenvolva
adequadamente.
Segundo economistas, acadêmicos, jornalistas e
empresários o Brasil precisa investir maciçamente, pelos próximos 10 anos, pelo
menos 5% do seu PIB – Produto Interno Bruto em infraestrutura em geral para
alcançar um grau de desenvolvimento econômico e social pelo menos razoável.
O termo matriz energética é usado para definir a
proporção das fontes de energia consumidas pela população de um país. O
petróleo, o gás natural e a eletricidade são as formas de energia mais
consumidas no mundo. A energia elétrica, por exemplo, é um tipo de energia
consumida em larga escala em qualquer país do mundo. A matriz de energia
elétrica do Brasil é composta basicamente por cerca de 80% de fontes chamadas
renováveis, ou seja, aquelas fontes que causam relativamente pouco ou
praticamente nenhum impacto negativo ao meio ambiente, incluindo usinas
hidrelétricas, usinas eólicas e sistemas de geração de energia solar.
A tendência tecnológica e de mercado para o futuro da
geração, da transmissão e da distribuição de energia elétrica no Brasil é o
aumento da participação das chamadas fontes renováveis de energia elétrica,
incluindo as pequenas centrais hidrelétricas, as usinas eólicas e a energia
solar fotovoltaica. Já a energia gerada a partir de sistemas que usam a
biomassa como fonte, incluindo o bagaço de cana de açúcar das muitas usinas de
álcool brasileiras, também pode ser uma fonte razoável de geração de energia,
mas para o seu pleno desenvolvimento e viabilidade econômica é necessária a
redução da carga tributária sobre a cadeia produtiva dessa fonte de energia.
Ao que parece, já que não é possível prever com
certeza como pensará os próximos governos federais, estaduais e municipais
brasileiros nos próximos 10 anos, o Brasil dará prioridade às fontes estáveis e
ambientalmente seguras de geração de energia elétrica, incluindo a energia
hidrelétrica, a energia eólica e a energia solar fotovoltaica, esta gerada também em
residências e seu excedente introduzido no sistema de distribuição de energia
elétrica em larga escala, por meio de dispositivos eletrônicos.
MATRIZ
ELÉTRICA BRASILEIRA (ANO 2019)
|
||
UNIDADES
|
ORIGEM, TIPO OU SETOR
|
CAPACIDADE
|
1.342
|
Hidrelétricas (grandes, médias e pequenas)
|
104 gigawatts
(64%)
|
2.611
|
Usinas térmicas (gás, diesel e madeira)
|
23 gigawatts (14%)
|
606
|
Energia eólica (ventos)
|
15 gigawatts (9%)
|
2
|
Energia nuclear
|
2 gigawatts (1,5%)
|
2.469
|
Energia solar
|
4 gigawatts (2%)
|
399
|
Biomassa (sucroenergético)
|
11 gigawatts (7%)
|
Outras fontes
|
||
Total: 7.429 unidades de geração, com 163 gigawatts
de potência instalada
|
Fonte: Várias
(números aproximados)
Acredita-se que nos próximos 30 anos, a energia solar fotovoltaica alcançará uma das primeiras posições entre as mais geradoras de energia elétrica em todo mundo. O mais provável é que ela alcance uma das três maiores posições na geração de energia elétrica no Brasil, ao lado da energia hidrelétrica e da energia eólica. Segundo o Ministério de Minas e Energia, atualmente o Brasil está entre os 20 maiores geradores e consumidores de energia solar fotovoltaica, com a tendência de subir para o grupo dos 10 maiores geradores e consumidores nos próximos 10 anos, desde que, é claro, haja interesse dos próximos governos de priorizar as gerações limpas de energia elétrica.
Atualmente, entre os maiores parques de energia solar fotovoltaica instalados no Brasil estão o Parque Solar Lapa, instalado no município baiano de Bom Jesus da Lapa, com mais de 330.000 painéis fotovoltaicos, com capacidade de 158 megawatts; o Parque Solar Horizonte, em Tabocas do Brejo Velho, na Bahia, com 103 megawatts; o Parque Solar Nova Olinda, com mais de 930.000 painéis, ocupando mais de 600 hectares, no município de Ribeira do Piauí, no Estado do Piauí, com 292 megawatts; e o Parque Solar Ituverava, com 254 megawatts, também na Bahia; essas quatro usinas controlada pela empresa Enel Green Power, subsidiária do grupo italiano Enel S.p.A..
Segundo a ABSOLAR - Associação Brasileira de Energia Solar, o setor emprega atualmente mais de 250.000 pessoas no Brasil, incluindo os números de toda a cadeia produtiva do setor, com mais de 14.000 pequenas, médias e grandes empresas, .
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- Alumínio (Metalúrgica)
REFERÊNCIAS E SUGESTÃO DE LEITURA
- Blue Sol Energia Solar: http://www.blue-sol.com/energia-solar/wp-content/uploads/2014/04/introducao.pdf
- Revista Galileu / Editora Globo: http://revistagalileu.globo.com/Revista/Common/0,,EMI334255-17770,00-COMPENSA+INSTALAR+UM+PAINEL+SOLAR.html
- Universidade Federal de Santa Catarina: http://www.labeee.ufsc.br/antigo/linhas_pesquisa/energia_solar/index.html
- Blue Sol Energia Solar: http://www.blue-sol.com
- Wikipédia: https://pt.wikipedia.org/wiki/Célula_solar
- Canal Terra Viva / Band: https://www.youtube.com/watch?v=_S1qOPQehsQ
- CBIE - Centro Brasileiro de Infraestrutura: https://cbie.com.br/artigos/quantas-usinas-geradoras-de-energia-temos-no-brasil/
- IEA - Instituto de Economia Agríola: http://www.iea.sp.gov.br/ftpiea/AIA/AIA-19-2017.pdf
- Wikipédia: https://pt.wikipedia.org/wiki/Sol
- Faculdade Politécnica de Jundiaí: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAACA0AJ/monografia-sobre-arseneto-galio
- Época Negócios / Globo.com: http://revistapegn.globo.com/Revista/Common/0,,EMI287136-17153,00-LUZ+DO+SOL.html
- Ambiente Energia: https://www.ambienteenergia.com.br/index.php/2018/02/enel-inicia-operacao-parque-solar-horizonte-de-103-mw-na-bahia/33783
- Universidade Federal de Santa Catarina: Imagem
- Wikimedia: Imagens
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