Energia Solar

A energia solar é a captação de energia luminosa (energia térmica) vinda do Sol, e depois transformada em forma utilizável pelo homem, como aquecimento de água, energia elétrica ou mecânica. Sendo assim, falaremos sobre suas características, tipos variados de captação de energia luminosa, vantagens e desvantagens. E como o mundo mudou graças ao benefício que ela nos trás.

Podem ser classificados em diretos ou indiretos:
Direto: Há transformação da energia solar em um tipo de energia utilizável pelo homem. Exemplo: A energia solar atinge uma superfície escura e é transformada em calor, que aquecerá uma quantidade de água (aquecedores solares).

Indireto: Precisa haver mais de uma transformação para que surja energia utilizável. Exemplo: Sistemas que controlam automaticamente cortinas, de acordo com a disponibilidade de luz do Sol.

Também pode-se classificar em passivos e ativos:

Sistemas passivos são diretos, apesar de envolverem (algumas vezes) fluxo em convecção, que é uma conversão de calor em energia mecânica.

Sistemas ativos são sistemas que funcionam com o auxílio de dispositivos elétricos, mecânicos ou químicos para aumentar a coleta. Sistemas indiretos são quase sempre também ativos.

Vantagens:

• • A energia solar não polui e a poluição decorrente da fabricação de equipamentos necessários para construção dos painéis solares é totalmente controlável.
  • As centrais necessitam de manutenção mínima.
  • Os painéis solares são a cada dia mais potentes ao mesmo tempo que seu custo vem caindo. Tornando a energia solar uma solução economicamente viável.
  • A energia solar é excelente em lugares remotos ou de difícil acesso, pois sua instalação em pequena escala não obriga a enormes investimentos em linhas de transmissão.
  • Em países tropicais, como o Brasil, a utilização da energia solar é viável em praticamente todo o território, e, em locais longe dos centros de produção energética, sua utilização ajuda a diminuir a demanda energética nestes e consequentemente a perda de energia que ocorreria na transmissão.

Desvantagens:

• Os preços são mais elevados em relação a outros meios de energia.
• Existe variação nas quantidades produzidas de acordo com a situação climatérica (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.
• 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 freqüente cobertura de nuvens (Curitiba, Londres), tendem a ter variações diárias de produção de acordo com o grau de nebulosidade.
• 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).

Entrou em funcionamento em 27 de Março de 2007 a Central Solar Fotovoltaica de Serpa (CSFS), a maior unidade do gênero do Mundo. Fica situada na freguesia de Brinches, Alentejo, Portugal, numa das áreas de maior exposição solar da Europa. Tem capacidade instalada de 11 MW, suficiente para abastecer cerca de oito mil habitações.

Porém está projetada e já em fase de construção outra central com cerca de seis vezes a capacidade de produção desta, também no Alentejo, em Amareleja, conselho de Moura.

Muito mais ambicioso é o projeto australiano de uma central de 154 MW, capaz de satisfazer o consumo de 45 000 casas. Este projeto situa-se em Victoria e prevê que entre em funcionamento em 2013, com o primeiro estágio pronto em 2010. A redução de emissão de gases de estufa conseguida por esta fonte de energia limpa será de 400 000 toneladas por ano.

A primeira geração fotovoltaica consiste numa camada única e de grande superfície p-n díodo de junção, capaz de gerar energia elétrica utilizável a partir de fontes de luz com os comprimentos de onda da luz solar. Estas células são normalmente feitas utilizando placas de silício. A primeira geração de células constituem a tecnologia dominante na sua produção comercial, representando mais de 86% do mercado.

A segunda geração de materiais fotovoltaicos está baseada no uso de películas finas de depósitos de semi-condutores. A vantagem de utilizar estas películas é a de reduzir a quantidade de materiais necessários para as produzir, bem como de custos. Actualmente (2006), existem diferentes tecnologias e materiais semicondutores em investigação ou em produção de massa, como o silício amorfo, silício poli-cristalino ou micro-cristalino, telurido de cádmio, copper indium selenide/sulfide. Tipicamente, as eficiências das células solares de películas são baixas quando comparadas com as de silício compacto, mas os custos de manufactura são também mais baixos, pelo que se pode atingir um preço mais reduzido por watt. Outra vantagem da reduzida massa é o menor suporte que é necessário quando se colocam os painéis nos telhados e permite arrumá-los e dispô-los em materiais flexíveis, como os têxteis.

A terceira geração fotovoltaica é muito diferente das duas anteriores, definida por utilizar semicondutores que dependam da junção p-n para separar partículas carregadas por fotogestão. Estes novos dispositivos incluem células fotoelectroquímicas e células de nanocristais.

Tipos de células:

As células fotovoltaicas são fabricadas, na sua grande maioria, usando o silício e podendo ser constituida de cristais monocristalinos, policristalinos ou de silício amorfo.

Silício Monocristalino

A célula de silício monocristalino é a mais usada e comercializada como conversor direto de energia solar em eletricidade e a tecnologia para sua fabricação é um processo básico muito bem constituído.

A fabricação da célula de silício começa com a extração do cristal de dióxido de silício. Este material é desoxidado em grandes fornos, purificado e solidificado. O silício na indústria eletrônica além do alto grau de pureza, o material deve ter a estrutura monocristalina e baixa densidade de defeitos na rede.

Dentre as células fotovoltaicas que utilizam o silício como material base, as monocristalinas são, em geral, as que apresentam as maiores eficiências. As fotocélulas comerciais obtidas com o processo descrito atingem uma eficiência de até 15% podendo chegar em 18% em células feitas em laboratórios.

Silício Policristalino

As células de silício policristalino são mais baratas que as de silício monocristalino por ser um processo de preparação das células menos rigoroso. Porém a eficiência é menor em comparação as células de silício monocristalino. Basicamente, as técnicas de fabricação de células policristalinas são as mesmas na fabricação das células monocristalinas, porém com menores rigores de controle.

Silício Amorfo

Uma célula de silício amorfo é diferente das demais estruturas cristalinas porque apresenta alto grau de desordem na estrutura dos átomos. A utilização de silício amorfo para uso em fotocélulas tem mostrado grandes vantagens tanto nas propriedades elétricas quanto no processo de fabricação. Por apresentar uma absorção da radiação solar na faixa do visível e podendo ser fabricado mediante deposição de diversos tipos de substratos, o silício amorfo se mostra uma forte tecnologia para sistemas fotovoltaicos de baixo custo. Mesmo apresentando um custo reduzido na produção, o uso de silício amorfo apresenta duas desvantagens:
a primeira é a baixa eficiência de conversão comparada às células mono e policristalinas de silício. A segunda é que as células são afetadas por um processo de degradação logo nos primeiros meses de operação, reduzindo assim a eficiência ao longo da vida útil.

O sol também pode ser usado para aquecer água nas nossas casas e empresas.

O sistema de aquecimento da água através do sol começou-se a utilizar na Califórnia por volta de 1890. Nesta altura provou-se que este sistema era mais benéfico que o carvão ou a madeira queimada. O gás artificial feito a partir do carvão também era um bom combustível para aquecimento, porém era caro e a eletricidade era mais cara. Por estas razões, naquela época muitos eram os lares que usavam o sistema solar para aquecer a água.

Em 1897, 30% das casas de Pasadena, cidade perto de Los Angeles, estavam equipadas com placas solares. Á medida que se fizeram progressos e melhorias os sistemas solares começaram a ser usados em outros estados como no Arizona e Flórida. Por volta de 1920, foram descobertos depósitos subterrâneos de gás natural e petróleo. Á medida que o seu preço se tornou acessível, os sistemas solares foram substituídos por combustíveis fósseis.

Atualmente as vendas das placas solares têm vindo a aumentar. Os sistemas solares aquecem as casas, as empresas e até piscinas.

A placa solar situa-se nos telhados das casas e prédios expostos ao sol. Este sistema aquece a água existente nos canos debaixo da placa solar

A energia solar também pode ser usada para produzir eletricidade. Alguns sistemas solares usam um refletor alto e côncavo como uma parabólica para focar a luz do sol nos tubo, os mesmo aquecem tanto que a água ferve. O vapor pode ser usado para girar uma turbina e produzir eletricidade.

O problema do sistema solar elétrico é que apenas funciona durante o dia, enquanto o sol aquece. Por isso, com o tempo nublado ou á noite não se gera energia elétrica. Alguns sistemas são duplos, ou seja, durante o dia a água é aquecida pelo sol e á noite usa-se gás natural para a ferver; deste modo, continua-se a produzir eletricidade.

A luz do sol é refletida em 1800 helióstatos, instrumento que conserva numa direção constante um raio solar introduzido numa câmara escura. A luz refletida para o centro da câmara aquece um fluído que pode ser usado para ferver a água girando a turbina e o gerador. Este sistema experimental chama-se Solar II e está sendo reconstituído no deserto da Califórnia com novas tecnologias. Se o sistema obtiver sucesso, será capaz de abastecer 10.000 casas.

Quantidade de energia que um determinado corpo é capaz de absorver, sob a forma de calor, a partir da radiação solar incidente no mesmo. A utilização dessa forma de energia implica saber captá-la e armazená-la. Os equipamentos com o objetivo específico de utilizar a energia solar fototérmica são conhecidos como coletores solares

Os coletores solares são aquecedores de fluidos (líquidos ou gasosos) e são classificados em coletores concentradores e coletores planos em função da existência ou não de dispositivos de concentração da radiação solar. Os coletores solares planos são utilizados para aquecimento de água em residências, hospitais, hotéis, etc. devido ao conforto proporcionado e a redução do consumo de energia elétrica.

Chama-se arquitetura bioclimática o estudo que visa conciliar as construções ao clima e características locais, pensando no homem que vai morar ou trabalhar nelas, aproveitando a energia solar, através de correntes conectivas naturais e de microclimas criados por vegetação apropriada. Soluções arquitetônicas e urbanísticas adaptadas às condições específicas (clima e hábitos de consumo) de cada lugar, utilizando, para isso, a energia que pode ser diretamente obtida das condições locais.

A arquitetura bioclimática não se restringe a características arquitetônicas adequadas. Preocupa-se, com o desenvolvimento de equipamentos e sistemas que são necessários ao uso da edificação (aquecimento de água, circulação de ar e de água, iluminação, conservação de alimentos, etc.) e com o uso de materiais de conteúdo energético baixo.