Fontes renováveis (Parte 3): Energia Solar

Muitas pessoas quando ouvem falar de fontes renováveis de energia lembram logo da energia solar.

Um fato curioso é o de que algumas fontes energéticas derivam da energia do sol de alguma forma. Os ventos, por exemplo, são formados a partir do aquecimento desigual da superfície terrestre. Da mesma maneira, a biomassa é altamente dependente da energia solar.

Nesse sentido, essa terceira parte da série de artigos sobre fontes renováveis busca apresentar os fundamentos da energia solar e alguns assuntos recentes envolvendo tal fonte.

Energia solar fotovoltaica

A energia solar pode ser dividida, de forma geral, em duas tecnologias: a fotovoltaica e a térmica.

A energia solar fotovoltaica é responsável pela conversão direta da radiação solar em eletricidade. Logo, o produto final desse tipo de tecnologia é sempre a produção de corrente elétrica.

Ainda sobre a tecnologia fotovoltaica, existem duas principais aplicações: sistemas interligados à rede (on-grid) e sistemas isolados (off-grid). Os sistemas interligados à rede são aqueles mais presentes nas residências, os quais podem injetar na rede a energia excedente.

Já os sistemas isolados não apresentam qualquer conexão com a rede de energia elétrica e a energia excedente produzida pelos painéis é armazenada em baterias.

De forma geral, os componentes de um sistema solar isolado são os seguintes: arranjo fotovoltaico (conjunto de painéis), banco de baterias, controlador de carga (responsável pelo gerenciamento da carga nas baterias) e um inversor (parar converter a corrente contínua gerada pelo arranjo em corrente alternada).

Vale mencionar que os sistemas isolados foram os primeiros a serem desenvolvidos e tinham o objetivo de levar eletricidade a locais onde as redes de distribuição não chegavam.

Esses sistemas foram primeiramente utilizados para alimentar eletricamente os satélites artificiais e sistemas de telecomunicação. Hoje, além dessas aplicações, é comum usá-los para o bombeamento de água em regiões isoladas.

Energia solar térmica

Em se tratando da energia solar térmica, seu objetivo é aquecer água ou algum outro fluido. Porém, essa tecnologia também permite gerar eletricidade de forma indireta (energia solar heliotérmica). Mais detalhes serão dados posteriormente.

A energia solar térmica é bastante conhecida por seu uso no aquecimento de água para banho. Alguns dos componentes desses sistemas para uso doméstico são os painéis solares, as tubulações e o reservatório térmico (boiler).

Para aplicações em grande escala com o objetivo de gerar eletricidade, é comum utilizar concentração. Para isso, são usados refletores parabólicos, por exemplo, os quais concentram a radiação solar em um ponto focal no qual fica localizado um fluido.

Essa concentração permite que o fluido atinja temperaturas bastante elevadas, transformando-se em vapor, o qual é utilizado para girar turbinas e então produzir eletricidade.

A intensidade da concentração é medida em número de sóis, alcançando até 100 sóis em sistemas de baixa concentração e mais de 1000 sóis em sistemas de alta concentração.

Vale dizer que a concentração é utilizada tanto por sistemas fotovoltaicos como sistemas térmicos e 1 sol equivale à irradiância de 1000 W/m².

Como funciona um painel fotovoltaico ?

O funcionamento de um painel desse tipo, como diz o próprio nome, é baseado no efeito fotovoltaico.

Esses painéis são formados por células fotovoltaicas fabricadas a partir de materiais semicondutores, como o silício. As células de um painel são conectadas por uma faixa condutora, de modo que todas estejam ligadas, formando um circuito.

De forma simplificada, a radiação solar (fótons), ao atingir essas células, faz com que haja um deslocamento dos elétrons, gerando corrente elétrica.

A corrente elétrica gerada é contínua. Logo, se os equipamentos a serem alimentados pelo painel necessitam de corrente alternada, é preciso que se tenha um inversor para realizar a transformação.

Avanços e desafios da energia solar

Como visto anteriormente, as células fotovoltaicas são formadas por materiais semicondutores, e a busca por novos materiais ou novas combinações de materiais é algo que vem avançando consideravelmente nos últimos anos.

Além do silício, material mais utilizado, existem células de Telureto de Cádmio (CdTe), Arseneto de Gálio (GaAs), Disseleneto de Cobre Índio e Gálio (CIGS), células orgânicas, entre outras.

Dentre essas células, temos as chamadas células de multijunção, as quais são formadas por camadas de diferentes materiais, em que cada uma das camadas é especializada em absorver uma parte do espectro solar, possibilitando eficiências superiores àquelas das células convencionais.

Ainda com relação à busca por maior eficiência, a associação de células de multijunção com concentração vem batendo recordes. Pesquisadores do Laboratório NREL dos Estados Unidos conseguiram uma eficiência de quase 50%.

Um assunto que vem sendo bastante discutido atualmente é o de Geração Distribuída (GD).

A GD consiste na geração de energia próximo às unidades consumidoras, e, no Brasil, segundo a Associação Brasileira de Geração Distribuída (ABGD), a participação da energia solar fotovoltaica na potência instalada de GD no país até julho deste ano foi de 95%.

Logo, nota-se a importância dessa fonte na transição energética para um modelo mais descentralizado e com fontes limpas e renováveis.