Como funciona o processo de geração de energia solar?

Sustentabilidade é a regra de ouro no século XXI. Com base nesse conceito, as pessoas têm buscado cada vez mais implementar tecnologias que permitam a geração de eletricidade com menos impactos ambientais. E a geração de energia solar fotovoltaica é uma dessas alternativas.

Tratando-se de uma fonte renovável e inesgotável, a utilização da energia solar pode ser muito vantajosa, especialmente em um país como o Brasil, onde a proximidade com a Linha do Equador favorece a incidência de irradiação solar em abundância.

Em oposição a outras formas de geração de energia, esse processo não emite poluentes como o dióxido de enxofre ou de carbono, prejudiciais à saúde humana e à atmosfera. Além disso, com a expansão do mercado nessa área, os geradores formados pelos painéis solares, inversores e demais itens, estão cada vez mais eficientes proporcionando uma significativa redução de retorno sobre o investimento.

Para ficar por dentro desse assunto, confira este artigo com detalhes de  como funciona o processo de geração de energia solar e quais equipamentos e tecnologias estão associados a essa fonte.  Boa leitura!

Afinal, o que é energia solar? 

Como o nome indica, é o tipo de energia proveniente da radiação do sol. A luz ou o calor gerado pelo astro são captadas de alguma maneira e destinadas à produção de energia elétrica, ou são utilizadas para outros fins (como aquecimento ou tratamento de água).

Como já abordamos, trata-se de um tipo de energia renovável e inesgotável, ou seja, produzida a partir de uma fonte natural que se renova espontaneamente a cada dia, sem que seja necessário um agente humano.

Há uma tendência global de favorecimento à energia solar, uma vez que é uma alternativa a poluentes como usinas nucleares e combustíveis fósseis. Além disso, é capaz de dar mais autonomia ao usuário, que pode gerar a sua própria energia  através do sol propiciando economia, autossuficiência além de contribuir diretamente com o meio ambiente..

Processos de geração de energia solar

A conversão de energia através do sol pode ser realizada  de diversas formas. As mais usuais são por meio de células fotovoltaicas, estações heliotérmicas, fotossíntese artificial e arquitetura solar.

O último item refere-se à arquitetura otimizada pela orientação do sol para melhorar a eficiência energética de uma edificação. O processo de fotossíntese artificial busca imitar o realizado pelas plantas. Os demais estão relacionados à conversão da luminosidade ou calor em energia elétrica ou armazenamento.

A radiação solar, assim como a energia eólica e a das ondas, representa grande parte advinda de um recurso natural amplamente disponível. O seu aproveitamento atual, no entanto, é muito pequeno em comparação ao potencial que configura.

Gerar energia tendo como matéria-prima a radiação solar não é uma tarefa simples, e são necessários diversos processos para que isso ocorra. A seguir, explicamos passo a passo cada um deles.

Energia heliotérmica

Esse processo converte a irradiação solar diretamente em energia térmica e, em seguida, em energia elétrica. Para isso, duas etapas são necessárias: a coleta térmica e o ciclo de potência. Na primeira fase, são utilizados espelhos para concentrar os raios solares e aquecer um fluido com o calor da concentração.

Em seguida, a energia passada para o fluido é utilizada para acionar uma turbina, durante o ciclo de potência. Acoplado a essa turbina, um gerador elétrico transforma a energia de rotação em eletricidade, suprindo a rede elétrica.

Os espelhos são utilizados para concentrar raios solares e gerar energia heliotérmica.

Diversas usinas heliotérmicas já operam ao redor do mundo utilizando técnicas para rastrear o sol e focalizar a luz. Entre as tecnologias desenvolvidas para concentração da radiação estão os cilindros parabólicos, os refletores lineares e as torres de energia solar.

No entanto, é preciso um investimento alto para a construção dessas estações, dependendo do país onde elas serão locadas. Pode-se, porém, reduzir esse custo de implantação com um aumento da capacidade da usina. Já os custos de operação são considerados relativamente baixos.

Por utilizar apenas a irradiação direta do sol, esse processo é impossibilitado em dias nublados. Assim, a maioria dessas usinas é alocada em desertos ou regiões com regime de chuvas mais baixo.

Em alguns países, a energia heliotérmica já é responsável por uma grande fatia da geração total. Na Alemanha, para se ter uma ideia, quase 50% da matriz é gerada por fontes renováveis, sendo 9% solar.

Armazenamento de calor

Os sistemas de armazenamento de calor utilizam massas líquidas ou sólidas para retenção da energia solar, elevando a temperatura interna. Essa energia geralmente tem um período de utilização.

Nesses sistemas, são utilizados materiais com capacidades térmicas altas – como água, terra e pedra – para reter o calor proveniente do sol e utilizá-lo posteriormente para aplicações diversas.

Alguns dos aquecedores solares domésticos funcionam como armazenadores de calor. Esses equipamentos são constituídos pelo coletor solar e o reservatório térmico.

O primeiro é o responsável pela absorção da radiação solar e por transferir o calor para a água em circulação nos tubos de cobre. O segundo, também conhecido como Boiler, é um reservatório constituído por cilindros de cobre que são isolados termicamente e conservam a temperatura da água até o momento em que ela será utilizada.

Energia fotovoltaica

Esse processo utiliza células fotovoltaicas, que estão encapsuladas dentro das placas solares, geralmente feitas de silício ou outro material semicondutor. O mais comum é que sejam utilizados fósforo e boro, o primeiro com elétrons de sobra, e o segundo com elétrons faltando.

Ao serem expostos à radiação solar, os elétrons presentes saem da sua posição e se movimentam pela placa, indo do lado negativo para o positivo. Esse movimento, conhecido como corrente elétrica, é responsável pela geração de eletricidade.

Simplificadamente, a incidência da radiação sobre esses materiais favorece a movimentação dos elétrons de um lado para outro, produzindo uma diferença de potencial e, consequentemente, uma corrente elétrica.

Na energia fotovoltaica, a radiação é captada por placas solares, geralmente feitas de silício.

Por essa composição, o desgaste é mínimo durante o processo de geração de energia solar fotovoltaico. Isso faz com que, além de renovável e inesgotável, essa fonte seja mais barata a longo prazo, graças à alta durabilidade dos equipamentos.

Aplicação da energia fotovoltaica

Além das usinas fotovoltaicas que produzem eletricidade em grande escala, o mercado atual oferece soluções aplicáveis às residências, às indústrias e aos comércios, a chamada micro e mini geração distribuída. 

Para isso, os painéis podem ser fixados em telhados ou no solo, dependendo do espaço disponível  desde que de acordo com todas as normas dos órgãos responsáveis. A radiação captada é direcionada a um inversor, que converte corrente contínua em corrente alternada para ser utilizada na edificação. 

Tipos de sistemas fotovoltaicos

Há três tipos principais de sistemas fotovoltaicos: on-grid, off-grid e híbridos. Eles variam de acordo com a finalidade da quantia excedente de energia é tratada, e para cada caso, há um tipo mais indicado. Falaremos somente dos geradores on-grid e off-grid pois ainda não existe regulamentação no Brasil para os geradores híbridos. 

Os geradores on-grid são conectados à rede elétrica pública, e permitem a geração de créditos de energia que podem ser utilizados para abatimento na conta e consequente economia no consumo de eletricidade.

Os off-grid não possuem conexão com a rede elétrica e, por isso, são utilizados em regiões com acesso remoto, tais como as rurais. Neste caso, a energia gerada pode ser utilizada imediatamente durante o dia, por exemplo, ou armazenada em baterias para uso noturno. 

Os sistemas híbridos podem tanto armazenar o excedente de energia quanto devolvê-lo à rede elétrica.

O processo de geração de energia solar é uma tecnologia recente. Em poucos anos, passou de uma aposta para o futuro para um sistema viável, dando origem a inúmeras possibilidades, como as citadas acima. 

É esperado que o mercado de energias renováveis cresça ainda mais com a busca constante por desenvolvimento sustentável. Com isso, o acesso e a utilidade dessas tecnologias ficarão ainda mais presentes no nosso cotidiano – uma vez que os custos tendem a diminuir e a eficiência desses equipamentos tende a aumentar gradualmente.

Investir na geração de energia solar, especialmente, garante um potencial de autonomia energético cada vez mais alto, além de agregar o valor da sustentabilidade ao negócio ou à edificação sem prejudicar o futuro das próximas gerações e do planeta.

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