Fonte de Energia Solar: Manual Rápido Para Se Inteirar do Assunto

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A nossa fonte de energia solar é o sol, que com suas fusões atômicas libera a radiação eletromagnética que recebemos como luz e calor. Por meio de células fotovoltaicas e outras tecnologias verdes disponíveis, pessoas e empresas conseguem captar essas duas formas de energia solar para uso próprio e economia.

Todos os dias somos banhados pela fonte de energia solar.

Também chamado de estrela mãe, o sol é o responsável por gerar e manter a vida na Terra.

Desde os primórdios da civilização, a luz solar já era usada pelo homem para o desenvolvimento de tarefas.

Então, desenvolvimentos recentes trouxeram novas tecnologias que permitiram usá-la também como fonte de energia elétrica, recurso indispensável hoje.

Com isso, a fonte de energia solar tornou-se o assunto do momento no setor elétrico mundial.

Seu uso permite obter energia limpa, amenizar os impactos ambientais e ainda traz economia aos consumidores.

Neste artigo, você conhece o essencial sobre a fonte de energia solar e as tecnologias que a utilizam.

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O que é a fonte de energia solar?

Como o nome explica, a fonte de energia solar é o sol.

Localizado a cerca de 150 milhões de km da Terra, nosso astro maior é composto principalmente por átomos de hidrogênio.

Com o calor e pressão em seu núcleo, esses átomos chocam-se a grandes velocidades, levando à sua fusão nuclear.

Uma após a outra, essas explosões liberam energia.

Segundo especialistas, cerca de 40 trilhões de megatons por segundo, para ser mais exato.

Após o longo e duradouro percurso até a superfície (fotoesfera), essa energia é liberada em todas as direções na forma de radiação eletromagnética.

Os fótons que compõem as ondas eletromagnéticas são os responsáveis por carregar essa energia através do espaço.

A uma velocidade de 300.000 km/s, eles levam cerca de 8 minutos para chegar à Terra.

A maior parte dessa radiação está concentrada nas partes visível e próximo do visível do espectro, que nós percebemos como luz e calor.

Essas também são as duas formas de energia solar que podemos captar por meio das diferentes tecnologias que irei te apresentar a seguir.

Quais são as fontes de energia solar?

Então vimos que a fonte de energia solar é uma só, isto é, o sol.

Agora, o que existem são diferentes tecnologias que são movidas pela energia que ele fornece.

As três principais delas são:

  • Sistemas Fotovoltaicos;
  • Aquecedores Solares Térmicos;
  • Sistemas Heliotérmicos.

Como funciona a fonte de energia solar?

Juntas, as três tecnologias que citei acima ajudam a expandir o uso da energia solar a cada ano.

Saiba o que é e como funciona cada uma delas abaixo:

Sistemas Fotovoltaicos

Em primeiro lugar, vamos ver sobre a tecnologia de geração elétrica que mais cresce no mundo hoje.

Os sistemas fotovoltaicos estão nas usinas, nos agronegócios, nas empresas e, principalmente, nos telhados das casas dos consumidores.

A popular placa solar (o nome correto é módulo fotovoltaico) já se tornou a fonte de energia de muitas pessoas no Brasil e no mundo.

Energia Solar em Americana: Por Que Instalar + Preço _ capa blog
Módulos fotovoltaicos sobre telhado residencial.

O funcionamento começa exatamente pelos módulos.

Cada um deles é composto de determinado número de células fotovoltaicas, fabricadas a partir de algum tipo de material semicondutor.

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De maneira simples, acontece o seguinte:

Quando os fótons de luz do sol incidem sobre o material da célula, ocorre um processo de fotoemissão que resulta na criação de uma corrente elétrica.

Em seguida, essa energia vinda dos módulos passa pelo inversor solar, aparelho que adapta a sua corrente para os padrões da rede elétrica.

Pronto! Agora a energia já pode ser utilizada pra alimentar qualquer consumo elétrico.

Cada módulo produz certa quantidade de energia, que é a soma das potências de suas células.

Dessa forma, somando o número certo de módulos é possível atender qualquer consumo elétrico.

Em usinas solares, geram-se grandes quantidades de energia com milhares de módulos.

Por sua vez, residências e comércios podem ser atendidos com apenas algumas unidades deles.

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Tipos de sistemas fotovoltaicos

Existem três subtipos de sistemas fotovoltaicos.

O fator que os diferencia é a forma como lidam com a energia gerada pelo painel solar.

São eles:

Sistemas conectados à rede (on-grid)

Funcionam em paralelo com a rede elétrica pública e “trocam” a energia gerada pela energia da distribuidora local.

No Brasil, a maioria absoluta dos sistemas instalados são do tipo on-grid, que contam com segmento regulado pela Aneel (Agência Nacional de Energia Elétrica).

Veja as regras da chamada geração distribuída no artigo> Resolução 482 da Aneel.

Para conferir como funciona um sistema residencial conectado à rede, é só assistir 👇

Sistemas isolados da rede (off-grid)

Instalados em locais sem acesso à rede elétrica, os sistemas off-grid utilizam um banco de baterias para armazenamento da energia solar.

Durante o dia, um excedente de energia é gerado e armazenado nas baterias.

Depois, essa reserva é utilizada no período noturno ou em horas/dias de pouca luminosidade.

Como não são conectados à rede, os sistemas não carecem de regras para sua instalação.

No entanto, o alto preço das baterias e sua baixa vida útil tornam esses projetos viáveis apenas para locais isolados da malha elétrica.

Sistemas híbridos

Funcionam com a rede elétrica ao mesmo tempo em que utilizam o backup de bateria(s).

A configuração híbrida é uma das tendências do mercado por entregar mais independência e economia aos consumidores.

Com a reserva da(s) bateria(s) será possível utilizar a energia do sistema em momentos de queda do fornecimento da rede.

Inclusive gerir o consumo em horários nos quais a energia da rede é mais cara.

Também não é preciso muito armazenamento, pois o imóvel continua usando a energia da rede durante a noite.

Então, os sistemas híbridos para casas e comércios podem contar com uma ou poucas baterias.

Porém, alta à Aneel regulamentar a utilização desses sistemas no Brasil.

Aquecedores Solares Térmicos

Outra tecnologia movida por energia solar já bem conhecida dos brasileiros é o sistema de aquecimento térmico.

No termo popular, é o chamado aquecedor solar, que está em uso no país desde os anos 1970.

Trata-se da utilização do calor presente na irradiação solar para o aquecimento de água.

A captação do calor também é feita por placas solares, estas chamadas de coletores solares térmicos.

Geralmente de alumínio ou cobre, eles são fabricados em cor escura para maior absorção do calor.

Em seguida, o calor é transferido para a água que está dentro do coletor.

A água aquecida é enviada ao Boiler, que nada mais é que um reservatório térmico.

Cada sistema é dimensionado conforme a quantidade de água consumida na residência.

Com base nesse volume é calculado o número de coletores e o tamanho do boiler.

Graças ao seu isolamento térmico, a água do reservatório permanece aquecida até o momento de sua utilização.

Há diversos tipos de coletores, com diferentes eficiências. Para cada finalidade, há um tipo de coletor mais apropriado.

fonte de energia solar _ sistema de aquecimento solar térmico
Um sistema de aquecimento solar residencial.

A tecnologia solar térmica é voltada exclusivamente para substituir o uso de aquecedores elétricos.

Isto é, chuveiros elétricos em banheiros ou sistemas centrais de aquecimento de água ou ambientes.

Por isso, a redução que trazem na conta de luz no final do mês não é tão significativa.

Diferentemente da economia obtida com os sistemas fotovoltaicos, que pode chegar a 95%.

Sistemas Heliotérmicos

Por fim, a energia heliotérmica é a geração elétrica por meio do calor do sol.

Também é conhecida como Energia Solar Térmica Concentrada ou Energia Termo Solar. 

No entanto, ao contrário das tecnologias fotovoltaica e térmica, o seu processo é indireto.

Ou seja, a heliotérmica não gera a eletricidade diretamente pela fonte de energia solar.

Isso leva a uma maior complexidade dos sistemas, que ficam restritos ao uso em grandes usinas.

O funcionamento se dá por meio de grandes espelhos, chamados de heliostatos.

Estes refletem a luz do sol de maneira focalizada em determinado ponto receptor.

Nesse ponto é instalado um reservatório com algum tipo de fluido que, ao receber a luz concentrada, aquece e gera vapor.

Em seguida, esse vapor alimenta as turbinas que geram eletricidade por meio da energia mecânica.

A saber, é o mesmo processo de termoelétricas por carvão ou biomassa, exceto que aqui o combustível é a radiação solar.

Tipos de Usinas Heliotérmicas

Há diferentes configurações de usinas heliotérmicas que diferem de acordo com os quatro tipos de heliostatos existentes.

São eles:

  • Calha Parabólica;
  • Fresnal;
  • Disco Parabólico;
  • Torre Solar.

A principal diferença é que, nas três primeiras, os próprios espelhos contam com receptores para a luz concentrada.

Além disso, nos heliostatos de disco parabólico, a energia é gerada no próprio receptor por meio de um motor stirling.

fonte de energia solar _ espelhos de uma usina heliotérmica
Heliostatos de calha parabólica

Em usinas de torre central os espelhos refletem a luz ao topo desta, na qual fica localizado o reservatório do fluido térmico. 

De um ponto de vista puramente estético, as usinas de torre solar configuram as instalações mais interessantes.

Usina heliotérmica de torre solar

Por terem o mesmo objetivo, é comum existirem comparações entre as tecnologias heliotérmica e fotovoltaica.

Na verdade, existem vantagens da primeira em relação à segunda.

Exemplos são a maior capacidade de geração elétrica e a possibilidade de armazenamento de energia em forma de calor.

No entanto, projetos heliotérmicos causam maiores impactos ambientais e são mais caros de construir/operar do que usinas fotovoltaicas.

As usinas de torre representam um grande perigo para pássaros locais, que morrem instantaneamente ao contato com o feixe de luz.

Mas, no que depender de capacidade mundial instalada, a fotovoltaica já é a campeã.

Segundo dados da IRENA (Agência Internacional de Energia Renovável), ao final de 2019 eram 6,3 Gigawatts (GW) de heliotérmica contra 578,5 GW da fotovoltaica. 

Fonte de energia solar vantagens e desvantagens

A energia solar é a fonte que mais cresce no mundo nos últimos anos.

Certamente, a razão para isso são os seus inúmeros benefícios. 

Veja abaixo quais são os principais pontos positivos e negativos da fonte de energia solar:

😃👍 É Renovável

Além de ser a fonte de energia de maior potencial disponível ao homem, o sol também é a mais renovável.

A cada dia, somos bombardeados por uma quantidade gigantesca de sua energia.

E, diferentemente do carvão, petróleo ou mesmo os materiais nucleares, a sua reserva é praticamente infinita.

Segundo os cientistas, o sol está atualmente na metade do seu ciclo de vida.

Mas isso significa que ele ainda possui hidrogênio suficiente para se manter como o conhecemos por mais 5 bilhões de anos.

Depois disso, o destino da estrela é se tornar uma gigante vermelha, quando seu núcleo irá aquecer devido à sua crescente gravidade e iniciar a fusão dos átomos de hélio.

Mas isso pouco importa para quem estiver na Terra, que será engolida pela estrela, segundo a ciência.

😃👍 É Eficiente

A cada segundo, o sol produz mais energia que toda aquela consumida pela humanidade desde seus primórdios.

Mesmo que apenas uma pequena parte dessa energia chega até nós aqui na Terra, ela ainda é mais que o suficiente para atender a toda demanda energética mundial.

Veja abaixo uma ilustração comparativa entre o potencial energético do sol e as outras fontes de energia utilizadas:

Dessa forma, poderíamos facilmente depender apenas da energia solar para nossas necessidades energéticas.

Inclusive há quem já tenha cogitado essa possibilidade.

Segundo Mehran Moalem, professor e PhD em matérias nucleares , apenas 1,2% do território do Saara coberto por módulos fotovoltaicos seria o suficiente para abastecer todo o mundo, conforme afirmou em entrevista concedida para o site da revista americana Forbes.

😃👍 É Limpa

Só que mesmo que já pudéssemos aproveitar todo esse potencial do sol, de nada iria adiantar se a sua produção elétrica fosse poluente.

Afinal, um dos maiores desafios no combate às mudanças climáticas é a descarbonização do setor elétrico mundial.

Além disso, usinas termoelétricas, nucleares ou até mesmo hidrelétricas ainda são mais eficientes na produção elétrica que parques fotovoltaicos.

No entanto, a fonte de energia solar em conjunto com a tecnologia fotovoltaica é uma das formas mais limpas de se produzir eletricidade hoje.

O silício, matéria-prima para as células solares, é o segundo elemento mais abundante na Terra.

Em seu ciclo de vida, os módulos fotovoltaicos trazem impactos significativos apenas na fase de fabricação.

Para operar, eles necessitam de nada além da luz do sol, a qual convertem em energia 100% limpa.

Com mais de 25 anos de vida útil, o seu descarte também já conta com técnicas que permitem reaproveitar grande porcentagem de seus materiais mais raros.

Todos esses fatores tornam a energia solar a nossa arma mais promissora na luta contra o aquecimento global.

😩👎 É intermitente

Por outro lado, a principal desvantagem da energia solar é a sua intermitência.

Isto é, ela não se faz disponível a todo o momento.

Além dos períodos noturnos, os tempos nublados e chuvosos também impactam a geração dos módulos.

Mas esse é um problema que está cada vez mais perto do fim com o desenvolvimento do mercado de baterias.

Hoje, ilhas inteiras já são atendidas por usinas solares com sistema de armazenamento.

Além de permitir o uso da energia solar em períodos sem luz do sol, as baterias também trarão mais controle e eficiência aos operadores da rede elétrica.

Para os consumidores, as baterias trarão o backup para casos de quedas da rede elétrica e a possibilidade de gerir o consumo dentro e fora do horário de ponta.

Mas pode existir ainda uma outra saída para a intermitência da energia solar…

Captar a luz do sol diretamente do espaço!

Esse é o objetivo de cientistas americanos e chineses, que já anunciaram seus respectivos projetos de usinas solares espaciais.

A ideia é colocá-las em órbita na Terra, onde poderiam captar a luz a todo o momento e convertê-la em energia.

Em seguida, a energia seria convertida em ondas eletromagnéticas e enviada a uma estação na Terra, a qual faria o processo inverso para depois distribuí-la pelas redes. 

Fonte de energia solar no brasil

O Brasil possui um dos maiores potencias da fonte de energia solar do mundo.

Localizado próximo à linha do equador, o país recebe elevados índices de irradiação a cada ano em praticamente todo o seu território.

De acordo com uma pesquisa publicada pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), são mais de 2 mil horas anuais de insolação, correspondente a 15 trilhões de megawatts. 

fonte de energia solar _ mapa irradiação solar Brasil
Mapa com a média da irradiação solar anual do Brasil.

O mapa cima, retirado do Atlas Brasileiro de Energia Solar (2ª edição), mostra como a irradiação solar é extremamente alta em praticamente todas as regiões do país.

No entanto, a utilização da energia solar para geração elétrica ainda é incipiente no Brasil.

É verdade que o país já possui uma das matrizes elétricas mais limpas do mundo.

Segundo a Empresa de Pesquisa Energética (EPE), a participação das fontes renováveis na produção elétrica do país em 2019 ficou muito acima da média global.

Veja 👇

fonte de energia solar _ matriz elétrica brasileira 2019
Fonte: EPE _ BEN 2020

Matriz elétrica

Mas a energia solar ainda registra uma participação embrionária entre as fontes mais utilizadas no mix do país.

Confira abaixo a porcentagem de cada fonte segundo o levantamento da Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (ABSOLAR).

Matriz elétrica brasileira por fontes de energia. Fonte: ABSOLAR 02/02/21

No entanto, os sistemas fotovoltaicos e seus preços cada vez mais competitivos estão mudando esse cenário rapidamente.

Hoje, a tecnologia já se consagrou como a campeã dos últimos leilões de energia promovidos pelo governo.

Segundo o banco de dados da Aneel, o país possui mais de 15 GW de potência prevista por usinas solares em construção ou já contratadas nesses certames. 

Só que mais do que nas usinas, a tecnologia cresce hoje é nas casas e empresas dos próprios consumidores brasileiros.

Em 2020, os projetos distribuídos ultrapassaram a capacidade instalada de usinas solares e se tornaram o principal motor da fotovoltaica no Brasil.

As instalações se multiplicam em velocidade impressionante, resultado de consumidores cada vez mais descontentes com o preço da energia no país e sua inflação.

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