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Energia Solar – Entenda como funciona a Geração de Energia Elétrica e Energia Térmica

O sol tem um papel crucial na manutenção da vida na Terra, graças a sua luz e seu calor. A energia solar, em sua forma luminosa, é responsável pela fotossíntese que permite a obtenção de energia para plantas e vegetais que são a base da cadeia alimentar de todo planeta.

Em termos técnicos, a energia solar nada mais é que a energia eletromagnética do sol que incide na superfície da Terra através de radiação nas formas térmica e luminosa. A térmica corresponde à energia em forma de calor produzida pelo sol, enquanto que a forma luminosa compreende a energia em forma de luz produzida pelo sol.

A irradiação solar que atinge anualmente a superfície terrestre é tão poderosa que é suficiente para atender milhares de vezes o consumo anual de energia no mundo inteiro, segundo informações da EPE – Empresa de Pesquisa Energética. Por isso, essa é umas das fontes de energias renováveis que mais tem recebido investimento nos últimos anos. O aumento da utilização de energia solar tem ocorrido em vários países, inicialmente na Europa, com destaque para Alemanha, e atualmente na Ásia, sendo objeto de pesadas inversões do gigante chinês.

Imagem: Creative Commons

O Brasil é um país privilegiado com relação à produção de energia a partir de fonte solar, uma vez que, sua posição geográfica possibilita a incidência da radiação solar de forma quase homogênea durante o ano inteiro. Este fato por si só já é um excelente motivo para o país investir mais em energia solar para produção de energia elétrica, seja através da geração centralizada ou da geração distribuída, e evitar a dependência excessiva de fontes como a hidráulica e as termelétricas movidas à carvão, óleo combustível ou gás natural. No entanto, fatores de ordem política e econômica ainda entravam a utilização da energia solar em larga escala no país. Parte inferior do formulário

Como a Luz e o Calor se transformam em Energia?

A utilização da energia solar de forma direta ocorre pela conversão da radiação em energia térmica e em energia elétrica. A energia térmica é usada para aquecimento de fluidos e ambientes e também para a geração de potência mecânica ou elétrica; enquanto que a energia elétrica é obtida através de materiais como o termoelétrico e o fotovoltaico (ANEEL, 2005). “São os equipamentos utilizados nessa captação que determinam qual será o tipo de energia a ser obtida” (ANEEL, 2008, p.84).

Energia Térmica

Os equipamentos envolvidos com a captação e a transformação da energia solar em energia térmica são os coletores solares e concentradores solares. Isto porque em determinados casos, além do processo de captação, há também a concentração da radiação solar em um único ponto. Em função disso, esses equipamentos são conhecidos como “Sistemas de Aquecimento Solar (SAS)” (SILVA, 2015, p.6).

– Coletores Solares

Esses equipamentos, utilizados para o aquecimento de água, podem ser instalados tanto em residências quanto em estabelecimentos comerciais. Também conhecido como aquecimento solar ativo, este sistema compreende a utilização de um coletor solar instalado geralmente no teto das residências ou edificações (ANEEL, 2005).

Funcionamento de um Coletor Solar

Funcionamento de um Coletor Solar. / Fonte: Soletrol, Aquecedores Solares de Água.

– Concentradores Solares

Os concentradores solares são equipamentos utilizados em atividades que necessitam temperaturas mais elevadas, como a secagem de grãos e a produção de vapor. Esse SAS (Sistemas de Aquecimento Solar) possui como finalidade a captação da energia solar em uma área comparativamente grande à área usada pelos coletores solares.

Tipos de Concentradores Solar

Tipos de Concentradores Solares./ Fonte: Atmosferis.com.

Após a captação, essa energia é concentrada em uma área bem menor, para que possa haver o aumento substancial da temperatura. A estrutura dos concentradores solares é formada pela superfície refletora com formato parabólico ou esférico a fim de que os raios solares incidentes possam ser refletidos para o foco, uma superfície bem menor, onde o material a ser aquecido fica acondicionado. Para que a radiação solar seja direcionada para o foco é necessária a utilização de algum dispositivo de orientação, o que gerará custos adicionais à implementação deste sistema. Todavia, estes custos tendem a ser minimizados para aplicações deste sistema em grande escala (ANEEL, 2005).

Energia Elétrica

A geração de energia elétrica a partir da energia solar, segundo Silva (2015), pode ser adquirida por dois sistemas, o heliotérmico e o fotovoltaico. O heliotérmico (ou termoelétrico) – através da heliotermia (denominada também de termossolar ou concentrated solar power – CSP); e o fotovoltaico – através do efeito fotovoltaico (FV). Essa conversão direta da energia solar em eletricidade ocorre pelos efeitos da radiação, através de calor e luz, que incidem sobre materiais, como os semicondutores (ANEEL, 2005).

– Sistema Heliotérmico

O sistema heliotérmico “é o processo de uso e acúmulo do calor proveniente dos raios solares” (IBICT, 2016). Este sistema converte a energia solar em eletricidade por meio das usinas heliotérmicas, implantadas em regiões com alta incidência de irradiação solar. Isto é, essas plantas precisam ser instaladas em áreas com pouca ocorrência de nuvens e baixos índices pluviométricos.

O processo de conversão de energia solar em eletricidade abrange as seguintes etapas: coleta da energia solar; conversão da mesma em calor; transporte e armazenamento deste último; e conversão do mesmo em eletricidade (ANEEL, 2008).

A coleta da energia solar é realizada por espelhos que refletem a luz solar concentrando-a no receptor, denominado como fluido térmico. Este possui a capacidade de acumular amplo volume de calor. Então o calor do fluido aquece a água até a mesma se transformar em vapor. Este é usado para mover turbinas que acionam um gerador elétrico, que converte a energia mecânica das turbinas em energia elétrica. O calor excedente gerado pelo processo é transmitido para um circuito independente de refrigeração, que faz o vapor ser condensado e voltar ao estoque de água (IBICT, 2016).

Funcionamento Simplificado de uma Usina Heliotérmica

Funcionamento Simplificado de uma Usina Heliotérmica./ Fonte: Energia Heliotérmica, Portal do Governo.

A usina heliotérmica opera de forma similar às usinas termelétricas convencionais, se diferenciando apenas em uma questão essencial, o vapor gerado é de fonte de energia não poluente. Além disso, o sistema heliotérmico viabiliza o armazenamento térmico, ou seja, quando é gerada energia excedente ao funcionamento da usina, pode-se armazenar a mesma em um depósito térmico (IBICT, 2016).

– Sistema Fotovoltaico

Nesse sistema ocorre a transformação da radiação solar diretamente em eletricidade. A radiação solar incide sobre materiais semicondutores e é transformada diretamente em corrente contínua; para transformar a corrente contínua em corrente alternada, são utilizados aparelhos chamados inversores (SILVA 2015).

Funcionamento de um Sistema Fotovoltaico em Residência

Funcionamento de um Sistema Fotovoltaico em Residência./ Fonte: Mhecon.

O material desses semicondutores geralmente é o silício, Silva (2015) destaca que cerca de 80% das células fotovoltaicas são fabricadas a partir do silício cristalino e apenas 20% de filmes finos. O silício cristalino é obtido a partir do quartzo, que deve ser purificado até o grau solar, que exige um altíssimo grau de pureza. Embora o Brasil possua grandes jazidas de quartzo, ainda não desenvolvemos a tecnologia necessária para obtenção do silício com grau solar.

Apesar do sistema fotovoltaico não necessitar do brilho do sol para operar – podendo o mesmo gerar eletricidade em dias nublados – quanto maior a intensidade de luz, maior o fluxo de energia elétrica produzida (ANEEL, 2008).

A capacidade destes geradores, como informa Vanni (2008), é medida segundo padrões internacionais: a potência produzida nestas condições é expressa na unidade denominada Watts pico (Wp). A energia produzida varia de forma diretamente proporcional à luminosidade incidente. As baterias deste sistema funcionam como armazenadores de energia elétrica para uso durante a noite e em períodos de nebulosidade, onde não há disponibilidade de radiação solar.

Usina de Energia Solar Fotovoltaica no Piauí

Usina de energia fotovoltaica no Piauí. / Fonte: Piauí Hoje.

Os painéis fotovoltaicos são formados por um conjunto de células fotovoltaicas e podem ser interconectados de forma a permitir a montagem de arranjos modulares que, em conjunto, podem aumentar a capacidade de geração de energia elétrica (SILVA, 2015).

 

Referência:
ABREU, Nathália de C. A Energia Solar e a Viabilidade Econômica de Implementação na Matriz Energética Brasileira. Monografia de Conclusão de Curso (Bacharelado em Ciências Econômicas) – Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2016.

 

 

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