Glauco Diniz Duarte Tbic – porque energia solar não é largamente explorada
De acordo com o Dr. Glauco Diniz Duarte, a energia solar é a fonte principal de vida na Terra e é a origem da maioria das fontes de energia renováveis: energia eólica, hidrelétrica, da biomassa e das ondas e correntes marinhas.
Todos os aspectos da nossa vida diária envolvem o uso de energia: o transporte, a produção de alimentos e o abastecimento de água (bombeamento), assim como o aquecimento das nossas casas e escritórios. Para esses fins, os combustíveis fósseis, tais como o petróleo, o carvão e o gás natural são os mais empregados, apesar da energia solar absorvida pela Terra em um ano seja o equivalente a 20 vezes a energia armazenada em todas as reservas de combustíveis fósseis no mundo e dez mil vezes superior ao consumo atual. A energia solar pode ser aproveitada de diversas maneiras. Além das formas simples empregadas para secar produtos, esquentar água ou aquecer edifícios (o que é conhecido como energia térmica solar) podemos utilizar a energia do sol para produzir eletricidade (eletricidade solar ou energia fotovoltaica).
O que fazer com a energia do Sol
Pode-se obter calor mediante coletores térmicos e eletricidade por meio de células fotovoltaicas, apesar dos processos terem diferentes tecnologias e aplicações.
Fotovoltaica é a energia solar gerada por células fotoelétricas, capazes de transformar a luz em um potencial elétrico sem sofrer um efeito térmico (aproveita-se entre 9% e 14% da energia do Sol). Por outro lado, a energia térmica é obtida com coletores solares ou placas solares térmicas, que transformam em calor cerca de 40% a 60% da matéria-prima recebida. O coletor solar é composto por tubulações ou superfícies de cobre unidas entre si por canais paralelos de menor diâmetro. Estes últimos levam aletas de cobre que transmitem o calor para o tubo pelo qual circula um fluido (normalmente água com anticongelante) que o transporta. Para atingir maior rendimento, todo o conjunto é apoiado sobre uma lâmina de cobre escurecida que absorve a energia. Todo este conjunto é introduzido em uma caixa, com um cristal na face superior e um isolamento na face inferior, que diminui a perda de energia para o exterior. Estima-se que um sistema de quatro metros quadrados de placa solar e um boiler (200 l) da energia gerada é suficiente para cobrir o consumo de água quente de uma família de quatro pessoas. A energia solar fotovoltaica é uma solução para o problema da eletrificação rural por suas vantagens em relação a outras alternativas. Não contamina nem produz ruídos, não precisa de combustível nem de manutenção e, embora com menor rendimento, os sistemas solares funcionam também nos dias nublados, captando a luz filtrada através das nuvens.
Energia barata, mas apenas a médio prazo
O principal problema quanto ao aproveitamento da matéria-prima irradiada pelo Sol é o fator econômico. Apesar do custo de um sistema convencional de gás ou eletricidade para esquentar água ser de um baixo custo inicial, estes sistemas consomem uma energia que cada vez terá um maior valor. O custo de uma instalação solar para o aquecimento de água para uma família de quatro pessoas é de aproximadamente US$ 1.000, mas há de se levar em consideração que a conta do gás ou da energia deverá ser paga periodicamente, enquanto que o abastecimento de energia solar é gratuito.
Nesses casos, estima-se que a recuperação do investimento começa no terceiro ano de uso, para posteriormente amortizar completamente o investimento, mantendo uma despesa mínima com manutenção e com energia auxiliar em climas onde os invernos são mais frios.
É possível que no futuro as administrações governamentais forneçam incentivos fiscais e descontos para estimular os usuários deste tipo de instalação, seguindo o exemplo dos países desenvolvidos e como uma maneira de demonstrar a estes novos mercados uma forma de consciência a respeito do tema ambiental.
Para difundir a energia solar
Utilizar lâminas e tubos de cobre, que têm uma maior condução térmica que o aço, especialmente na fabricação da placa trocadora de calor. Para uma maior absorção do calor solar, oxida-se o cobre na cor preta sem necessidade de tintas.
Realizar os controles de qualidade de coletores solares e módulos fotovoltaicos para garantir um maior rendimento e atingir uma durabilidade de pelo menos trinta anos com uma manutenção mínima.
Considerar nas normas de edificação a possibilidade de uma futura instalação solar. Assim, as áreas livres ficariam habilitadas e seria facilitada uma pré-instalação durante a própria construção do edifício ou da casa.
Incorporar nos novos edifícios coletores de energia solar para, no mínimo, o aquecimento da água e a eletrificação básica (iluminação de emergência, áreas de estacionamentos subterrâneos).
Oferecer ao usuário a oportunidade de autogerar parte da energia elétrica que consome, possibilitando a instalação de módulos fotovoltaicos conectados diretamente à rede de distribuição elétrica.
Implantar uma educação-cidadã focada no combate ao crescente consumo energético.
Realizar comparações de rentabilidade econômica da energia solar em relação a outras alternativas de forma completa, ou seja, sem esquecer os custos sociais e de prevenção de riscos de algumas instalações (por exemplo as centrais térmicas), que se apresentam como mais econômicas que a alternativa solar.
O COBRE NA ENERGIA SOLAR
O Sol é uma fonte inesgotável de recursos, mas é contestável se a espetacular revolução tecnológica que vivemos serviu para aproveitar esta opção energética, especialmente frente ao crescente desgaste e incerteza dos preços das fontes de energia tradicionais. Nos últimos tempos notamos um aumento de instalações de energia solar térmica por causa de dois fatores. Por um lado a sensibilidade crescente da sociedade quanto à necessidade de substituir os combustíveis fósseis.
Por outro lado os avanços nos sistemas, que permitem melhorar a qualidade e reduzir os custos.
O aquecimento de água mediante energia solar, além de ser uma alternativa ecológica, transformou-se em uma tecnologia economicamente atraente e competitiva.
O cobre participa de todo o processo de coleta de energia solar, desde a construção de coletores, que captam e transferem a energia, até a condução de fluidos em altas temperaturas. Alé disso, o metal mantém ótimas condições de higiene nas tubulações graças às suas condições físicas e à sua ação bactericida.
As vantagens desta fonte de energia são incríveis
É limpa e inesgotável. Pode ainda nos liberar da dependência do petróleo e de outras alternativas menos seguras (centrais nucleares) e mais contaminantes (centrais térmicas). Seu ponto fraco é o fato da radiação solar no inverno, quando mais energia precisamos, ser menor.
Por outro lado, é imprescindível desenvolver a tecnologia de captação, armazenagem e distribuição de energia solar para que possa ser competitiva em relação ao resto das opções energéticas.
Energia solar térmica na Europa
A energia solar térmica vive seu auge na Europa. A superfície total de coletores instalados no final de 2000 atingiu 10,4 milhões de metros quadrados, um aumento na produção de água quente estimado em 9,7 %,em relação a 1999.
Dos valores citados, destaca-se o fato que apenas três países (Alemanha, Grécia e Áustria) participam de 75,3% do total da superfície instalada. Já a Espanha, apesar de sua insuperável situação climática para a aplicação desta tecnologia, encontra-se em sexta posição quanto à superfície instalada.
Estão na vanguarda do uso da tecnologia países como Alemanha, Áustria, Noruega, Dinamarca (com clima continental e em princípio menos propício ao aproveitamento da energia solar térmica e que requerem coletores de maior eficiência) e outros países com climas mais benignos, como Grécia, França e Portugal.
O aumento da superfície instalada deve-se, sem dúvida alguma, ao surgimento de programas estatais e autonômicos destinados a promover o uso de energias renováveis e a diversificação de energia. Cabe destacar o programa do governo alemão Solar na klar (solar, sim! Claro!), que pretende atingir a cifra de 55 milhões de metros quadrados no final do ano 2010 (isto nos faz lembrar uma campanha européia semelhante dos anos 80 dizia nuclear’ não, obrigado). Na Espanha encontra-se em funcionamento o programa PROSOL, promovido pela Junta de Andalucía. O objetivo da Comissão Européia é chegar a 100 milhões de m2 instalados no ano 2010 (Livro Branco das Energias Renováveis, dezembro 1997), mas com a tendência atual, tudo indica que não será possível atingir essas estimativas.
O sol
Todo o calor da Terra, exceto o obtido no interior dos átomos, vem, em última análise, do Sol. Além de aquecer a Terra, o Sol fornece a energia utilizada pelas plantas na síntese do alimento que fornece o combustível necessário às funções e aos animais que o comem.
O calor do Sol produz a evaporação da água dos oceanos, formando as nuvens que caem sob a forma de chuva sobre as montanhas e descendo correm para o mar. O homem coloca turbinas no caminho por onde passa a água, transformando sua energia em energia elétrica. Os demais combustíveis utilizados pelo homem como gás, petróleo, carvão ou madeira são remanescentes ou produtos de organismos cuja energia original foi derivada do Sol.
O carvão, o gás natural e o petróleo, chamados combustíveis fósseis, têm reservas limitadas. Talvez a solução do problema esteja diante de nós quando olhamos para o céu – o próprio Sol, que por milhões de anos nos tem fornecido sua energia.
A luz solar proporciona ao Brasil em cada dois dias energia igual a todas as reservas remanescentes de combustíveis fósseis. Como utilizar essa energia, entretanto, é que é o problema. Uma vez que ela nos alcança de forma tão difusa. Para transformá-la numa fonte eficiente de energia, ela deve ser captada e concentrada, como numa fornalha solar, processo este que custa muito caro.
A escuridão e o mau tempo também causam interrupções constantes na recepção da irradiação regular da energia do Sol. Por conseguinte, as mais importantes aplicações industriais da força solar ainda estão bem distantes, mas em pequena escala ela já é utilizada com êxito.
A energia solar pode ser usada de várias maneiras. A luz solar pode ser captada por espécies de estufas colocadas nos telhados das residências, que aquecem a água que passa por elas através de serpentinas. Pode ser aproveitada através de um forno solar, que concentra os raios solares por meio de espelhos curvos. Ou também por meio de células fotovoltáicas, que convertem diretamente a energia solar em energia elétrica.
Este processo tem grande aplicação em satélites artificiais.
Painel solar
O aquecimento da água para ser aproveitada nas residências e feito com uma caixa semelhante a uma estufa, coberta com vidro. A radiação solar incide na parte transparente do coletor. Parte dessa radiação atinge a chapa de alumínio pintada de preto no interior da caixa. A pintura preta aumenta a absorção da energia incidente.
Fixada à placa de alumínio encontra-se a tubulação de água. Pelo processo de condução, parte do aquecimento da placa é transmitido para a água. Uma vez aquecida, a água na tubulação fica menos densa e sobe indo para o reservatório. Ao mesmo tempo, a água mais fria desce da parte inferior do reservatório. A água quente, pronta para o consumo, é retirada da parte superior do reservatório, e uma nova quantidade de água é introduzida na parte inferior.
O mesmo princípio pode ser utilizado para o aquecimento e refrigeração de residências.
A casa tem suas paredes de face sul (hemisfério norte) pintadas de preto às quais se superpõem paredes de vidro: a radiação atravessa o vidro e aquece a parede, dando origem a uma coluna ascendente de ar quente entre ambas. Com aberturas convenientes no sistema, o ar pode circular no interior da casa, aquecendo-a ou resfriando-a. Como a parede retém o calor por várias horas, o sistema continua a funcionar durante a noite e nos períodos nublados do dia.
Forno solar
Um exemplo de aplicação do forno solar está em Odeillo, nos Pirineus franceses, um colossal espelho parabólico (formado por 9.500 espelhos planos individuais), com a altura de um edifício de sete andares, focaliza os raios solares em um forno dentro da torre do coletor, fazendo-o alcançar temperaturas de até 3.800º C, o suficiente para abrir um furo de 30 cm de diâmetro numa chapa de aço de 3/8 de polegada de espessura, em apenas 60 segundos
Células solares fotovoltaicas
A energia solar é usada também na geração contínua de eletricidade. Para isso utilizam-se as “células solares”, desenvolvidas nos anos 50 pela companhia norte americana Bell Telephone para emprego em satélites artificiais.
Apresentam uma eficiência de da ordem de 18%, pois a maior parte da energia solar se perde sob a forma de calor.
As células solares são semicondutores constituídos de cristais de silício nos quais se introduzem impurezas (pequenas porcentagens de boro ou arsênio).
Com isso, formam-se no condutor regiões de tipo N e do tipo P, com propriedades diferentes: na região N há excesso de elétrons enquanto na região P apresentam-se lacunas que podem ser preenchidas por elétrons. Quando atinge o cristal, a luz excita os seus elétrons, que tendem a se deslocar pelo semicondutor, o que resulta numa corrente contínua.
Se a utilidade das células solares é grande nos satélites artificiais, o mesmo não pode ser dito em relação às aplicações terrestres, pois elas não possuem capacidade de armazenamento, os custos de sua fabricação são bastantes elevados e apresentam uma eficiência de conversão muito baixa. Para operar um aquecedor elétrico de 500 W, por exemplo, seriam necessários 2,5 m2 de células, mesmo que sobre elas incidisse a radiação máxima do Sol.
Definição
A energia solar é a fonte primordial de energia do planeta, uma vez que todas as formas de energia existentes são originadas da ação de radiação solar sobre a Terra. Esta radiação, que incide sobre a superfície do planeta, é cerca de 10.000 vezes superior à demanda bruta de energia atual da humanidade.
Para o aproveitamento da energia solar, a Petrobras realiza projetos de aplicação térmica para aquecimento de água, e fotovoltaica (processo em que é transformada em energia elétrica através de um módulo fotovoltaico, sem dispositivos mecânicos intermediários), para a geração de energia elétrica em suas unidades operacionais.
Em diversas cidades brasileiras, a energia térmica já é usada para aquecimento de água em residências e instalações comerciais. Esta fonte energética é altamente benéfica para a sociedade, pois permite a substituição do uso de chuveiros elétricos e a redução do consumo de derivados de petróleo.
A energia solar fotovoltaica é utilizada em nichos onde seu alto custo é compensado pelos benefícios da redução da logística de suprimento de energia, geralmente em locais remotos.
Termossolar
A Petrobras desenvolve um programa de instalação de unidades termossolares em diversas unidades como refinarias, campos de produção e postos de serviços.
Sistemas de aquecimento de água já são utilizados nos banheiros e cozinhas de cinco unidades industriais, inclusive no edifício-sede da Companhia localizado no Rio de Janeiro. A área total dos coletores já implantados é de 1.741,1 m2 e o volume de água aquecido chega a 101 mil litros por dia. Com esta iniciativa, a Companhia obtém, anualmente, uma economia de 857,5 MWh.
Energia solar e fotovoltaica
O SOL COMO FONTE DE ENERGIA
Estrela central do nosso sistema planetário, o Sol tem 333 mil vezes a massa da Terra e está distante 150 milhões de quilômetros do nosso planeta.
A admiração do homem pelo Sol como fonte de vida vem de milhões de anos. Na Mitologia Grega, Helios era o deus do Sol, que passeava em uma carruagem puxada por cavalos através do céu, trazendo luz para a Terra. A jornada do Sol começava no leste e terminava no oeste, local onde Helios completava sua ronda diária e flutuava de volta para seu palácio em uma taça dourada.
ENERGIA GEOTÉRMICA
ENERGIA SOLAR
A Energia Geotérmica é a energia obtida a partir do calor da terra. Essa energia aumenta de acordo com a profundidade. Em condições normais, ocorre um acréscimo de 20 a 40ºC por quilômetro.
Como sabemos, vivemos na parte rochosa e sólida da terra: a crosta terrestre. Por dentro, a terra ainda é constituída de magma (rochas derretidas) com temperaturas incrivelmente altas.
Para obter energia a partir desse calor, é necessário passar dutos profundos que ligariam lagos ou lençóis freáticos às usinas de geração de energia. A água é aquecida pelo calor da terra ao passar por esses dutos e se transforma em vapor. Os vapores movimentam turbinas que transformam energia mecânica em energia elétrica.
No entanto, essa não é a única forma de se obter essa energia. Os geisers e fontes termais também podem ser utilizados.
No Rio Grande do Norte, a Petrobras está utilizando poços de petróleo já secos para aquecer cerca de 500 mil metros cúbicos/dia de gás natural a ser injetado em poços produtores. Assim, diminui a queima de combustíveis fósseis, o que reduz custos e evita emissões de CO2 para a atmosfera.
Nossos antepassados não podiam sequer imaginar qualquer coisa mais próxima da eletricidade. Antigamente, a única eletricidade conhecida era os raios e relâmpagos que aterrorizavam os homens com seu poder destrutivo.
O homem passou a conhecer a eletricidade e hoje sabe como produzí-la, armazená-la e distribuí-la a partir da energia solar. Como se trata de produção de energia, a Petrobras está trabalhando para utilizá-la cada vez mais.
Simplificando, a transformação da luz solar em eletricidade (energia fotovoltaica) consiste em captar a luz do sol através de painéis que convertem a luz em energia elétrica. Esses painéis podem ser feitos de silício cristalino ou amorfo.
A Energia Solar traz uma série de benefícios:
É uma tecnologia não poluente e a fabricação dos painéis tem níveis de poluição controláveis;
As centrais de energia fotovoltaica necessitam de manutenção mínima;
É uma solução economicamente viável, uma vez que os painéis são cada dia mais potentes e baratos.
É uma solução ótima para lugares remotos, pois economiza investimento em linhas de transmissão.
Em países tropicais, como o Brasil, a utilização da energia solar é viável em praticamente todo o território.
Em Mossoró, Rio Grande do Norte, módulos de filme fino já fornecem energia para uma unidade de bombeio de petróleo. Trata-se de um motor de 1 HP com 760 watts instalados em módulos fotovoltaicos. Outro sistema de bombeio com potência maior está sendo projetado.
Energia Solar
Energia Solar
O sol é fonte de energia renovável, o aproveitamento desta energia tanto como fonte de calor quanto de luz, é uma das alternativas energéticas mais promissoras para enfrentarmos os desafios do novo milênio.
A energia solar é abundante e permanente, renovável a cada dia, não polui e nem prejudica o ecossistema.
A energia solar é a solução ideal para áreas afastadas e ainda não eletrificadas, especialmente num país como o Brasil onde se encontram bons índices de insolação em qualquer parte do território.
A Energia Solar soma características vantajosamente positivas para o sistema ambiental, pois o Sol, trabalhando como um imenso reator à fusão, irradia na terra todos os dias um potencial energético extremamente elevado e incomparável a qualquer outro sistema de energia, sendo a fonte básica e indispensável para praticamente todas as fontes energéticas utilizadas pelo homem.
O Sol irradia anualmente o equivalente a 10.000 vezes a energia consumida pela população mundial neste mesmo período. Para medir a potência é usada uma unidade chamada quilowatt. O Sol produz continuamente 390 sextilhões (390×1021) de quilowatts de potência. Como o Sol emite energia em todas as direções, um pouco desta energia é desprendida, mas mesmo assim, a Terra recebe mais de 1.500 quatrilhões (1,5×1018) de quilowatts-hora de potência por ano.
A energia solar é importante na preservação do meio ambiente, pois tem muitas vantagens sobre as outras formas de obtenção de energia, como: não ser poluente, não influir no efeito estufa, não precisar de turbinas ou geradores para a produção de energia elétrica, mas tem como desvantagem a exigência de altos investimentos para o seu aproveitamento. Para cada um metro quadrado de coletor solar instalado evita-se a inundação de 56 metros quadrados de terras férteis, na construção de novas usinas hidrelétricas.
Uma parte do milionésimo de energia solar que nosso país recebe durante o ano poderia nos dar 1 suprimento de energia equivalente a:
54% do petróleo nacional
2 vezes a energia obtida com o carvão mineral
4 vezes a energia gerada no mesmo período por uma usina hidrelétrica.
Energia Solar Fototérmica
Está diretamente ligado na 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 coletores solares são equipamentos que tem como objetivo específico de se utilizar a energia solar fototérmica.
Os coletores solares são aquecedores de fluídos (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. O fluído aquecido é mantido em reservatórios termicamente isolados até o seu uso final (água aquecida para banho, ar quente para secagem de grãos, gases para acionamento de turninas, etc.).
Os coletores solares planos são largamente utilizados para aquecimento de água em residências, hospitais, hotéis etc. devido ao conforto proporcionado e à redução do consumo de energia elétrica.
Arquitetura Bioclimática
A Arquitetura Bioclimática é o estudo que visa harmonizar as concentrações ao clima e características locais, pensando no homem que habitará ou trabalhará nelas, e tirando partido da energia solar, através de correntes convetivas naturais e de microclimas criados por vegetação apropriada. É a adoção de soluções arquitetônicas e urbanísticas adaptadas às condições específicas (clima e hábitos de consumo) de cada lugar, utilizando a energia que pode ser diretamente obtida das condições locais.
Beneficia-se da luz e do calor provenientes da radiação soalr incidente. A intenção do uso da luz solar, que implica em redução do consumo de energia para iluminação, condiciona o projeto arquitetônico quanto à sua orientação espacial, quanto às dimensões de abertura das janelas e transparência na cobertura das mesmas. A intenção de aproveitamento do calor provenientes do sol implica seleção do material adequado (isolante ou não conforme as condiçòes climáticas) para paredes, vedações e coberturas superiores, e orientação espacial, entre outros fatores.
A arquitetura bioclimática não se restringe a características arquitetônicas adequadas. Preocupa-se, também, 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 entre outros) e com o uso de materiais de conteúdo energético tão baixo quanto possível.
Energia Solar Fotovoltaica
A Energia Solar Fotovoltaica é a energia da conversão direta da luz em eletricidade (Efeito Fotovoltaico). O efeito fotovoltaico é o aparecimento de uma diferença de potencial nos extremos de uma estrutura de material semicondutor, produzida pela absorção da luz. A célula fotovotaica é a unidade fundamental do processo de conversão.
Atualmente o custo das células solares é um grande desafio para a indústria e o principal empecilho para a difusão dos sistemas fotovoltaicos em larga escala. A tecnologia fotovoltaica está se tornando cada vez mais competitiva, tanto porque seus custos esão decrescendo, quanto porque a avaliação dos custos das outras formas de geração está se tornando mais real, levando em conta fatores que eram anteriormente ignorados, como a questão dos impactos ambientais.
O atendimento de comunidades isoladas tem impulsionado a busca e o desenvolvimento de fontes renováveis de energia. No Brasil, por exemplo, 15% da população não possui acesso à energia elétrica. Coincidentemente, esta parcela da população vive em regiões onde o atendimento por meio da expansão do sistema elétrico convencional é economicamente inviável. Trata-se de núcleos populacionais esparsos e pouco densos, típicos das regiões Centro-Oeste, Nordeste e Norte.
No Brasil a geração de energia elétrica por conversão fotovoltaica teve um impulso notável, através de projetos privados e governamentais, atraindo interesse de fabricantes pelo mercado brasileiro. A quantidade de radiação incidente no Brasil é outro fator muito significativo para o aproveitamento da energia solar.
Fonte: www.fcmc.es.gov.br
Energia Solar
Energia Solar
A energia solar é uma das fontes de energia que existe em nosso planeta, ou em nosso Sistema Solar. Este tipo de energia é importante não pela aplicação, mas pela possibilidade de formação de outras fontes de energia.
É responsável pela produção de ventos e o petróleo tem sua origem de formação derivada da ação da energia solar.
É uma energia limpa, não poluente, confiável, racional, que não requer manutenção e não consome nenhum combustível. Por essas razões, pode ser utilizada em inúmeras aplicações. No Brasil, onde somos privilegiados pelo Sol, existem milhares de instalações para eletrificação rural, cercas elétricas, bombeamento de água e telecomunicações que usam Energia Solar Fotovoltaica.
A energia solar deveria ser mais bem empregada, pois o território brasileiro se encontra em uma área de grande concentração de raios solares, o que possibilita uma economia no uso de energia elétrica proveniente de usinas hidrelétricas. É uma fonte de energia inesgotável.
É uma das alternativas energéticas mais promissoras para enfrentarmos os desafios do novo milênio.
Utilizar a energia solar remonta aos tempos antigos. Arquimedes incendiou navios romanos concentrando sobre eles raios solares refletidos por espelhos.
Lavoisier construiu um forno solar com uma lente de aproximadamente 1,5m de diâmetro e conseguiu obter a temperatura de 1700°C.
O sol é a resposta para a questão do abastecimento energético no futuro.
Tipos de Energia Solar:
Os métodos de captura da energia solar classificam-se em diretos ou indiretos:
Direto significa que há apenas uma transformação para fazer da energia solar um tipo de energia utilizável pelo homem.
A energia solar atinge uma célula fotovoltaica criando eletricidade.
A energia solar atinge uma superfície escura e é transformada em calor.
Indireto significa que precisará haver mais de uma transformação para que surja energia utilizável.
Sistemas que controlam automaticamente cortinas, de acordo com a disponibilidade de luz do Sol.
Vantagens e Desvantagens da Energia Solar:
Vantagens:
A energia solar não polui durante seu uso.
Necessitam de manutenção mínima.
Os painéis solares são a cada dia mais potentes ao mesmo tempo seu custo vem decaindo.
Em países tropicais, como o Brasil, a utilização da energia solar é viável em praticamente todo o território (país), sua utilização ajuda a diminuir a demanda energética.
É a fonte alternativa ideal, especialmente por algumas características básicas: é abundante, permanente, renovável a cada dia, não polui nem prejudica o ecossistema e é gratuita.
Desvantagens:
Existe variação nas quantidades produzidas de acordo com o clima. Obriga 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.
Energia Solar no Mundo:
O maior produtor é o Japão, seguido da Alemanha e Estados Unidos.
No Brasil, embora a geração de energia solar ainda seja pequena, estima-se que a produção gere anualmente cerca de 20 milhões de megawatts-hora de eletricidade, o suficiente para abastecer 15 mil residências de dois cômodos.
Mas consciência ecológica para o consumo de energias limpas e necessidade de abastecer locais remotos, distantes das redes de eletricidade convencionais, não são únicos fatores de incentivo à energia solar.
Prevê que, até o ano de 2050, metade da energia usada no mundo virá de fontes renováveis, como luz solar, ventos, biomassa, e água corrente.
Energia Solar Fototérmica:
Os coletores solares planos são largamente utilizados para aquecimento de água em residências, hospitais, hotéis etc. devido ao conforto proporcionado e à redução do consumo de energia elétrica.
Aquecimento de Água
O princípio de funcionamento do aquecimento solar de água é bastante simples, é baseado na transmissão de calor através dos materiais que compõem o sistema.
É composto por dois itens básicos: o reservatório térmico (boiler) e o coletor solar (placas).
Como indica a figura, ele é composto pelos seguintes materiais:
Vidro
Impede que entrem, no coletor, água de chuva, materiais sólidos, poeira etc. Tem como finalidade principal provocar o efeito estufa. Ou seja, a luz do sol, incidindo diretamente no vidro, faz com que parte dela penetre no interior do coletor, refletindo outra parcela de luz. Na reflexão, a luz é composta basicamente de raios infravermelhos que não conseguem ultrapassar a camada de vidro, provocando assim um aquecimento interno que ajudará no aquecimento da água que está circulando na tubulação de cobre.
Tubo de cobre
Serve para conduzir a água que captará o calor do sol. O cobre, sendo um ótimo condutor de calor, absorverá todo esse calor do coletor e o transmitirá para a água que está circulando.
Chapa de alumínio enegrecida
Tem por finalidade auxiliar no aquecimento do coletor. Pela sua cor negra, absorve melhor o calor da luz solar, transmitindo-o para os tubos de cobre e conseqüentemente para a água.
Poliuretano expandido ou lã de vidro
É um material que isola termicamente o coletor, impedindo que o calor captado pela luz solar escape para o ambiente.
Energia Solar Fotovoltaica:
Energia Solar
Fotovoltaica é uma fonte de energia renovável obtida pela conversão de energia luminosa em energia elétrica.
No Brasil, 15% da população não possui acesso à energia elétrica. Coincidentemente, esta parcela da população vive em regiões onde o atendimento por meio da expansão do sistema elétrico convencional é economicamente inviável. Trata-se de núcleos populacionais esparsos e pouco denso, típicos das regiões Centro-Oeste, Nordeste e Norte.
Para uma residência média de dois dormitórios, por exemplo, situada a 3 km da rede elétrica convencional, é mais barato instalar painéis solares do que puxar a linha elétrica.
Energia Solar fotovoltaica é cara?
Ao longo dos últimos 20 anos, o custo da Energia Solar Fotovoltaica caiu de forma espetacular. Hoje em dia, para a grande maioria das aplicações, consegue-se pagar o investimento feito em cerca de dois anos, ou menos.
Como funciona o Sistema Solar
Um sistema de energia fotovoltaico é composto basicamente dos seguintes elementos:
Módulo Solar
São placas desenvolvidas para converter diretamente a energia da luz do sol em energia elétrica, sob a forma de corrente contínua (DC), similar às das baterias automotivas.
Regulador de Carga
Aparelho eletrônico que protege as baterias de sobrecargas e descargas excessivas, prolongando sua vida útil.
Inversor
Aparelho eletrônico que converte a energia elétrica DC (corrente contínua) em AC (corrente alternada) 110 ou 220 Volts, possibilitando a utilização direta dos eletrodomésticos encontrados no mercado.
Bateria
Utilizadas para armazenar a energia gerada pelos módulos solares, para fornecer energia à noite ou em dias nublados.
Como funciona
os raios do sol, ao atingirem o módulo solar, geram, através de um fenômeno denominado efeito fotoelétrico, energia elétrica, que conduzida através de cabos é armazenada em baterias similar a dos automóveis. Esta energia acumulada pode ser utilizada à noite ou em longos períodos de mau tempo.
Entre a bateria, o painel e as cargas (lâmpadas, eletrodomésticos, etc), é instalado o regulador de carga, para proteção da bateria. No desenho abaixo, o funcionamento do sistema fotovoltaico em uma residência.
Energia
A energia térmica provém diretamente da energia solar, pela utilização da radiação, ou indiretamente, através dos combustíveis e da energia química neles armazenada. Graças às máquinas térmicas, ela pode ser transformada em outras formas de energia.
Existem duas formas diferentes de utilizar a energia solar: a ativa e a passiva.
A energia solar ativa é a transformação dos raios solares em outras formas de energia como a térmica ou a elétrica.
A energia solar térmica é comumente utilizada para obtenção de água quente nas residências, nos hospitais, nos hotéis. Ela é uma das mais comuns, atrativas e vantajosas formas de energia renovável. Isto porque ela possui um custo relativamente baixo e de fácil fabricação, já que emprega uma tecnologia simples.
Diferente do sistema para aquecimento de água, a geração de energia elétrica pelo sol se utiliza de um módulo formado por células fotovoltaicas. Os módulos fotovoltaicos são formados de células feitas de silício, um elemento capaz de absorver as partículas de fótons existentes nos raios solares e transformá-las em corrente elétrica continua de 12 volts. Sua maior vantagem é a ausência, quase total, de poluição e a não produção de cheiros ou ruídos. . No futuro, o uso de painéis fotovoltaicos deverá ser a principal tecnologia para a captura de energia solar, hoje porém, os custos de produção dos painéis são muito caros.
O uso de energia solar está sendo utilizado por programas do governo para atender comunidades que não possuem energia elétrica, principalmente no norte e nordeste do país.
Definição e Origem
É a energia produzida e emitida pelo Sol devida à reações atômicas que ocorrem em seu interior. São reações onde a radiação consegue transformar átomos de hidrogênio em átomos de hélio.
Ela ocorre da seguinte maneira: em cada segundo, o Sol transforma aproximadamente 596 milhões de toneladas de hidrogênio em aproximadamente 592 milhões de toneladas de hélio, e o a matéria que resta, 4 milhões de toneladas, é transformada em energia e emitida para o espaço na forma de fótons (partículas de luz).** Com isso, o Sol produz continuamente 390 sextilhões (390×1021) de quilowatts de potência. Para compararmos, imaginem o mesmo volume de água que as cataratas do Niágara (19 bilhões de litros por hora) em gasolina, durante um período de 200 milhões de anos. Essa energia é produzida pelo sol em uma hora.
Mesmo com essa imensa quantidade de energia produzida pelo Sol, a Terra recebe apenas 2×10-9 , mas ainda assim, isso corresponde a 1500 quatrilhões de quilowatts-hora (o equivalente a 10 bilhões de Itaipus).
Destino da Luz Solar na Terra
Como já foi visto, é apenas uma pequena quantidade de energia que a Terra recebe em comparação com o total de energia produzido por essa estrela, e ainda assim há perda de energia dentro da atmosfera terrestre: 34% da energia é difundidos no espaço pelos gases e poeiras da atmosfera ou refletidos pelas nuvens e volta para o espaço; 19% são absorvidos pelas diferentes camadas da atmosfera e os outros 47% chegam a Terra e são absorvidos na forma de calor. A energia que atinge a superfície terrestre, a partir daí, vão para inúmeras atividades do homem.
Vivemos rotineiramente em contato com a fonte mais expressiva de energia de nosso planeta e quase nunca consideramos sua importância como solução para nossos problemas de suprimentos energéticos, sem poluir nem ameaçar nosso meio sócio-ambiental.
Atualmente uma das mais utilizadas e viáveis formas de aproveitamento da energia solar é o aquecimento de água em residências, piscinas, hotéis, indústrias, edifícios, propriedades rurais ou qualquer outra aplicação que necessite de água quente. E quando se pensa em água quente com economia, a energia solar reforça ainda mais essa visão.
Instalação
É muito fácil. O coletor solar é instalado normalmente sobre o telhado. O reservatório térmico e a caixa d’água fria, sempre que possível, ficam abaixo do mesmo. Para passar a água quente é preciso colocar uma tubulação própria, de cobre ou termoplástica. Assim, onde tiver água quente, como nos chuveiros, ficam duas tubulações, a de água fria e a de água quente.
Onde se utiliza
Numa visão geral e ampla, a energia solar é a fonte absoluta de vida do nosso planeta, mas, avaliando seu aproveitamento no armazenamento cotidiano para o uso doméstico / comercial / industrial, ela pode chegar a substituir qualquer outro sistema de energia convencional, com a diferença de não agredir o meio ambiente por ser totalmente natural.
Com sistemas fototérmicos, o uso desta alternativa energética se estende a residências, piscinas, hotéis, indústrias, propriedades rurais, grandes obras em geral ou onde houver a necessidade de aquecimento de água.
O reservatório térmico é um recipiente para armazenamento da água aquecida. São cilindros de cobre ou inox, isolados termicamente com poliuretano expandido sem CFC. Desta forma, a água permanece aquecida e pronta para o uso a qualquer hora do dia
Em sistemas mais simples, a água circula entre os coletores e o reservatório através de um mecanismo natural chamado termosifão. Nesse sistema, a água dos coletores fica mais quente e, portanto, menos densa que a água no reservatório. Assim a água fria empurra a água quente gerando a circulação.
Esses sistemas são chamados da circulação natural ou termosifão. A circulação da água também pode ser feita através de motobombas, sendo então chamada de circulação forçada ou bombeada, que é normalmente mais utilizada em piscinas e sistemas de grandes volumes.
PRÓ: útil como fonte complementar em residências e áreas rurais distantes da rede elétrica central. Índice zero de poluição.
CONTRA: A tecnologia deixa desejar e o custo de instalação é alto, com preço proibitivo para produção em média e larga escalas. Só funciona bem em áreas muito ensolaradas.
PRINCÍPIO DO FUNCIONAMENTO
A) Fabricação das células solares
A fabricação das células fotovoltaicas (nome dado para os transdutores por causa do efeito que ocorre neles – o efeito fotovoltaico) é parecida com a produção de chips de computadores, baseada em materiais semicondutores. A matéria-prima básica para a fabricação das células é o silício. Ele é purificado (extração de impurezas inerentes ao silício) e fundido com cristal cilíndrico.
Depois, esse cilindro é cortado por uma serra de dentes de diamante em fatias muito finas. Essas lâminas passam por etapas de limpeza e recozimento em fornos de alta temperatura, quando se difunde fósforo sobre elas.
A reunião de uma camada contaminada com fósforo ao silício constitui a junção semicondutora responsável pelo funcionamento da célula fotovoltaica, que é constituída por dois semicondutores: um do tipo N (possui excesso de elétrons livres) e uma do tipo P (possui falta de elétrons, chamadas lacunas). A constituição dessa junção faz com que impeça que os elétrons livres e lacunas se recombinem, estabelecendo, assim, uma ddp entre os terminais da célula.
Depois de tudo isso há uma impressão das pistas metálicas captadoras da energia elétrica liberada; a célula está pronta para ser montada em painéis. O painel fotovoltaico é constituído de aproximadamente trinta e seis células solares.
B) Funcionamento das placas
Depois de fabricado, o painel, exposto à fonte de luz, os fótons liberados pela fonte excitam os elétrons do semicondutor e esses elétrons se deslocam, gerando corrente elétrica.
A corrente elétrica produzida ao ligarmos uma carga (uma lâmpada, por exemplo) entre os terminais dos painéis não depende do calor (pelo contrário, o rendimento da célula solar cai quando sua temperatura aumenta) e sim da quantidade de luz incidente e da área da célula. As células solares continuam a operar mesmo sob céu nublado.
HISTÓRIA DO USO DA ENERGIA SOLAR PELO HOMEM
Não podemos considerar a energia que o Sol fornece ao homem apenas a energia física, mas também a energia psicológica (como fonte de inspiração para criações sobretudo religiosas) que este astro fornece, e esta forma o homem já usava, principalmente, na antigüidade.
Na China antiga, os imperadores eram considerados “filhos do Sol”, no Egito faraônico, baseado neste astro, foi criado um calendário solar e apareceram dois deuses: Re (ou Ra) representava o astro solar enquanto Aton representava o disco solar, na Grécia antiga, se atribui a Aristarco a criação do primeiro relógio de sol. A criação gerada em torno do Sol também chega a épocas mais recentes, em filmes ou livros de ficção, como Aventuras extraordinárias de um cientista russo, de Henri de Graffigny.
Durante muitos anos (desde a pré-história até a segunda metade do século XX) o homem usou indiretamente essa energia: apenas com os 19% da energia absorvida pela atmosfera (que é responsável pela mudança de tempo e, consequentemente, mudança na distribuição de chuvas) e com a energia utilizada pelos vegetais na fotossíntese, produzindo combustíveis para o corpo humano, adquirido pela digestão.
O aproveitamento direto da energia solar começou a acontecer nos EUA em 1959, como forma de geração de energia elétrica para os satélites.
Hoje, a energia solar pode participar de relógios e calculadoras até aquecimento da água doméstica, aquecimento e a climatização de locais, nos fornos solares, ser transformada em energia mecânica (no bombeamento de água) ou ser transformada em energia elétrica diretamente, graças às células fotovoltaicas.
A energia solar tornou-se como uma forma atrativa, pois foi a forma buscada para lugares isolados, distantes das redes elétricas, na alimentação de equipamentos importantes de telemedições e telecomunicações para o abastecimento de energia elétrica sem grandes custos, como a combustão do diesel (vejamos como a alta do petróleo afeta o uso da energia solar).
Como funciona o mecanismo
Partindo do princípio da equivalência entre massa e energia, expressado pela conhecida fórmula E=mc2 , onde c é a velocidade da luz e m a massa. Como a luz (o que aparece geralmente com todas as radiações magnéticas) transporta uma energia igual ao produto da constante de Planck por sua freqüência, podemos considerá-la como sendo formada por corpúsculos sem massa (os fótons), mas dotados de energia que se movimentam à velocidade da luz (cerca de 300000 km/s).
Quando os fótons colidem com a superfície da vela, entra em ação um princípio denominado conservação da quantidade de movimento, segundo o qual o produto da massa multiplicada pela velocidade do sistema formado pelos dois corpos permanece constante antes e depois do choque. Em outras palavras, esse princípio diz que se a vela for iluminada pela luz solar como se estivesse sendo bombardeada por uma infinidade de fótons, estes, ao colidirem com a superfície são desviados (refletidos ou absorvidos), gerando assim uma pressão e dando origem a um empuxo.
A intensidade e a orientação do empuxo dependem do inverso do quadrado da distância Sol-vela. Ao aumentar a distância do Sol, a força, como acontece com a diminuição aparente da superfície da vela, diminui quadraticamente porque os fótons emitidos pelo Sol vão se dispersando. A intensidade e orientação também dependem da superfície da vela, do ângulo de incidência radiação-vela e das características de refleção-absorção do material do qual ela é feita. Se a vela é perfeitamente refletora, a força é duas vezes maior do que no caso de ser perfeitamente absorvente.
Para ter uma idéia das pequeninas forças em jogo, devemos pensar que a 150 milhões de km, a Terra ao Sol, a força exercida pela pressão da luz que incide perpendicularmente a uma vela perfeitamente refletora a 10.000 m2 (1 hectare, igual a área de um quadrado de 100 m de lado) é de aproximadamente 0,09 newton (cerca de 9 gramas na Terra).
A pergunta que nos ocorre imediatamente é: com uma força tão pequena, como se conseguiria chegar, por exemplo, a Marte? E como será possível fazê-lo a curto prazo?
A resposta é muito simples. No espaço não existe atrito e por isso basta uma pequena força de aceleração para obter contínuos aumentos de velocidade (que chegará a ser bastante alta). Além disso, em sua hipotética viagem a Marte, a nave não partirá de uma situação de repouso, pois no momento do lançamento ela estará movimentando-se em torno do Sol com a mesma velocidade da Terra (30 km/s, igual a 180.000 km/h)
PRÓ: útil como fonte complementar em residências e áreas rurais distantes da rede elétrica central. Índice zero de poluição.
CONTRA: A tecnologia deixa desejar e o custo de instalação é alto, com preço proibitivo para produção em média e larga escalas. Só funciona bem em áreas muito ensolaradas.
