Energia Solar
O que é a energia solar ?
Energia solar é a designação dada a qualquer tipo de captação de energia luminosa (e, em certo sentido, da energia térmica) 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 mecânica.
No seu movimento de translação em volta do Sol, o planeta Terra recebe 1 410 W/m2 de energia, medição feita numa superfície normal (em ângulo recto) com o Sol. Dessa energia, cerca de 19% é absorvida pela atmosfera e 35% é refletida pelas nuvens. Ao passar pela atmosfera terrestre, a maior parte da energia solar está na forma de luz visível e luz ultravioleta.
As plantas utilizam diretamente essa energia no processo de fotossíntese. Nós usamos essa energia quando queimamos lenha ou combustíveis minerais. Existem atualmente técnicas experimentais para criar combustível a partir da absorção da luz solar numa reação química de modo similar à fotossíntese vegetal - mas sem a presença destes organismos.
A produção de energia elétrica
A energia elétrica que se produz a partir da energia do sol, pode ser obtida essencialmente a partir de dois métodos:
Centrais solares térmicas
Neste tipo de centrais utiliza-se um conjunto de espelhos móveis espalhados por uma ampla área plana e desimpedida, que apontam todos para um mesmo ponto, situado no alto de uma torre, como se pode observar na figura apresentada em cima. Neste ponto, canalizações de água são aquecidas pela incidência da luz solar refletida, produzindo vapor que move uma turbina a vapor e que aciona um gerador de energia elétrica (da mesma forma que numa central termoelétrica, mas sem o recurso a combustíveis fósseis).
Centrais solares fotovoltaicas
Neste tipo de centrais solares, são utilizados painéis solares fotovoltaicos, que convertem a energia solar em energia elétrica.
Os painéis fotovoltaicos são dispositivos utilizados para converter a energia da luz do Sol em energia elétrica. Estes painéis são compostos por células solares, assim designadas já que captam, em geral, a luz do Sol. Estas células são, por vezes, e com maior propriedade, chamadas de células fotovoltaicas. Quando a luz incide sobre uma célula fotovoltaica, os fotões que a integram chocam contra os eletrões presentes nas estruturas de silício, fornecendo-lhes energia. No interior de cada célula, gera-se assim um fluxo de eletrões, e como as células estão ligadas em série, produz-se corrente elétrica.
Métodos de captura da energia solar
Painel solar fotovoltaico
Os métodos de captura da energia solar classificam-se em diretos ou indiretos:
Método direto significa que há apenas uma transformação para fazer da energia solar um tipo de energia utilizável pelo homem. Exemplos:
A energia solar atinge uma célula fotovoltaica criando eletricidade. (A conversão a partir de células fotovoltaicas é classificada como direta, apesar da energia elétrica gerada precisar de uma nova conversão - em energia luminosa ou mecânica, por exemplo - para se fazer útil.)
A energia solar atinge uma superfície escura e é transformada em calor, que aquecerá uma quantidade de água, por exemplo - esse princípio é muito utilizado em aquecedores solares.
Método indireto significa que tem de haver mais de uma transformação para que a energia se transforme em energia utilizável. Exemplo: Sistemas que controlam automaticamente cortinas, de acordo com a disponibilidade de luz do Sol.
Os métodos de captura também podem ser passivos e ativos:
Sistemas passivos são geralmente diretos, apesar de envolverem (algumas vezes) fluxo em convecção, que é tecnicamente uma conversão de calor em energia mecânica.
Sistemas ativos são sistemas que apelam ao auxílio de dispositivos elétricos, mecânicos ou químicos para aumentar a efetividade da captação de energia. Sistemas indiretos são quase sempre também ativos.
Vantagens e desvantagens
Vantagens
A energia solar não polui. A poluição decorrente da fabricação dos equipamentos necessários para a construção dos painéis solares é totalmente controlável.
As centrais solares necessitam de uma manutenção mínima.
Os painéis solares são cada vez mais potentes, ao mesmo tempo que o seu custo diminui. Isso faz com que a energia solar, se transforme cada vez mais numa 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 em que o número de horas de exposição solar é elevado, a utilização da energia solar é viável em praticamente todo o território, e, em locais longe dos centros de produção energética, a sua utilização ajuda a diminuir a procura energética nestes e consequentemente a perda de energia que ocorreria durante o processo de transporte.
Desvantagens
Existe variação nas quantidades produzidas de acordo com as condições climatéricas (chuva, neve, nebulosidade, etc), além de que durante a noite não existe produção, 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 frequente 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 (da água) e a biomassa.
Energia solar no mundo
A instalação de equipamentos de aproveitamento deste tipo de energia tem tido um crescimento exponencial nos últimos anos. É difícil saber qual o valor exato da capacidade instalada a nível mundial atualmente, mas ficam aqui alguns dados que nos permitem compreender essa evolução.
Em 2008 a capacidade instalada, relativa a aproveitamento da energia solar com recurso a paineis fotovoltaicos, a nível mundial era de 8,2 GW. Os principais países produtores, curiosamente, estão situados em latitudes médias e altas. O maior produtor mundial era a Alemanha (com 3,8 GW instalados), seguida do Japão (com 1,9 GW instalados) e Estados Unidos (830 MW). Em 2010, as capacidades instaladas rondavam os 38 GW.
A instalação de centrais solares térmicas aumentou bastante nos últimos anos, e no final de 2010, prevê-se que a capacidade instalada rondasse os 196 GW.
Entrou em funcionamento em 27 de Março de 2007 a Central Solar Fotovoltaica de Serpa (CSFS), com uma capacidade instalada de 11MW. Fica situada na freguesia de Brinches, concelho de Serpa, na região do Alentejo, Portugal, numa das áreas de maior exposição solar da Europa. Tem capacidade para abastecer cerca de 8 mil habitantes.
Entretanto em 2009 entrou em funcionamento outra central fotovoltaica, com cerca de 46 MW de capacidade instalada, também no Alentejo, em vila da Amareleja, concelho de Moura. Pode abastecer cerca de trinta mil habitações. Ver video em baixo.
Existem outros projetos de menor dimensão, espalhados sobretudo pela região do Alentejo, também assentes na produção fotovoltaica.
Em Tavira e em Moura estão a ser instaladas centrais solares térmicas com capacidades de 6,5MW e 10MW respetivamente.
Um outro projeto, de origem Australiana consiste na implementação de uma central de 154 MW, capaz de satisfazer o consumo de 45 000 casas. Esta situar-se-á em Victoria e prevê-se que entre em funcionamento durante o ano de 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.
Paineis solares fotovoltaicos
A primeira geração fotovoltaica consiste numa camada única e de grande superfície p-n díodo de junção, capaz de gerar energia eléctrica 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 e Cobre-Índio-Gálio-Selénio (Tipo CIGS). 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 fotoeletroquímicas e células de nanocristais.