O Que é e Como Funciona a Energia Solar
Aprenda tudo sobre o que é energia solar, com funciona o sistema de geração de energia fotovoltaica e as justificativas para sua instalação.
O Que é e Como Funciona a Energia Solar
A energia solar fotovoltaica é a energia leve (luz) do sol, que é convertida diretamente em energia elétrica nas residências ou empresas pelos chamados sistemas fotovoltaicos, que economizam até 95% da conta de luz em 25 anos.
A energia solar fotovoltaica é a conversão direta da luz solar em eletricidade e é a solução definitiva para quem paga contas de eletricidade caras.
Já existem milhares de residências, empresas, agronegócios e indústrias no Brasil aproveitando a tecnologia fotovoltaica para evitar a alta dos preços mensais e a inflação da conta de luz.
Ao instalar coletores solares e outros dispositivos chamados sistemas fotovoltaicos, os consumidores podem usar a luz solar para gerar sua própria energia e trocá-la por energia da rede à noite.
Essa possibilidade surgiu no final de 2012, quando o segmento de geração descentralizada foi criado por meio de regras aprovadas que continuam regulando o segmento e garantindo seus consumidores.
Desde então, o mercado só cresceu drasticamente e a tecnologia fotovoltaica diminuiu Preços, cada vez mais acessíveis à população brasileira.
O que é energia solar?
O sol é a maior fonte de energia limpa disponível atualmente para o homem.
É a sua luz que fornece a energia para praticamente todos os processos naturais observáveis no planeta Terra, de forma alguma relacionados com a energia solar.
Da mesma forma, todas as formas de energia que conhecemos derivam dele, como um rio (energia da água), que é causada pela precipitação do mar previamente evaporado pela ação da luz solar.
O calor do sol também aquece as massas de ar e cria os ventos capturados pelas turbinas eólicas, além das plantas utilizadas como fonte de biomassa, que só nasceram e cresceram graças à luz solar que possibilitou sua fotossíntese.
E tudo isso é possível devido ao enorme potencial energético do Sol, então a energia que ele emite em um segundo é muito maior do que a que a humanidade tem consumido desde o seu surgimento na Terra até hoje.
Toda esta quantidade de energia obviamente não está chegando à terra.
Tipos de energia solar
Enquanto a energia visível se propaga na forma de luz, a energia inferior se espalha na forma de calor e, portanto, caracteriza as duas formas de energia do sol: luz e calor.
Existem diferentes formas e tecnologias de captação e conversão da energia solar, que podem ser divididas em ativa e passiva, dependendo de como captam e utilizam essa energia.
As tecnologias ativas são aquelas que usam dispositivos mecânicos ou elétricos para amplificar ou processar a energia obtida e convertê-la em outra forma de energia, e. os concentradores solares térmicos de sistemas heliotérmicos.
Já as técnicas passivas de captação de energia solar são aquelas que utilizam a luz solar diretamente, sem a necessidade de nenhum tipo de processo ou conversão.
Exemplos desse tipo são a arquitetura solar / bioclimática e a fotossíntese artificial, como o Projeto arquitetônico na construção civil, que busca um aproveitamento melhorado da luz solar.
Entre as possibilidades e tecnologias mais importantes para o aproveitamento da energia solar podemos citar:
Arquitetura bioclimática
A arquitetura bioclimática é uma forma passiva de uso da energia solar, em que uma arquitetura a integração de uma propriedade com as condições climáticas locais é alcançada.
O processo visa construir um negócio que aproveite melhor, ou até evite, a luz natural e o calor do sol, dependendo do resultado esperado.
Para tal, o imóvel ou edifício deve ser planeado levando em consideração fatores como a orientação solar, o tipo de materiais utilizados e suas propriedades térmicas, bem como os espaços que permitem a circulação do ar.
Pode ter um alto rendimento ao usar a energia natural do sol, reduzindo assim o consumo de equipamentos como Ar condicionado, ventiladores ou aquecimento.
Exemplo disso são os edifícios que aproveitam melhor a luz natural durante o dia e economizam o uso de lâmpadas.
Energia térmica (O aquecedor solar)
A energia térmica solar é uma tecnologia ativa de aquisição, armazenamento e aproveitamento do calor solar, durante o qual não é gerada energia elétrica.
Em um sistema de energia solar térmica, no Brasil popularmente conhecido como Sistema de Aquecimento Solar, os coletores solares térmicos instalados nas coberturas captam a energia térmica (calor) presente na luz solar.
Essa energia é então transferida do coletor solar para um reservatório de água, denominado caldeira, e é utilizada para aquecer a água ali presente até o momento de sua utilização.
O tamanho do tanque de armazenamento e o número de coletores solares térmicos necessários (placa de aquecimento solar) variam dependendo da quantidade de água quente em cada propriedade.
No entanto, um cálculo simples com base no histórico de consumo é suficiente para dimensionar um sistema solar residencial com hábitos de banho, utensílios de lavagem, roupas etc.
A maioria dos painéis solares são colocados em suportes sólidos com um orientação calculada para receber a maior quantidade de radiação solar durante o dia e o ano.
Embora sejam semelhantes, os painéis solares para aquecimento não devem ser confundidos com os painéis solares fotovoltaicos para geração de energia.
Energia fotovoltaica
A energia solar fotovoltaica é a energia elétrica produzida pela conversão direta da luz solar.
Esta produção é efetuada por painéis solares fotovoltaicos que captam a luz solar incidente e difusa, ou seja, a luz que os atinge diretamente e também a luz que os rodeia.
Desta forma é possível, mesmo em dias nublados ou chuvosos, apesar da quantidade de luz que o painel está diretamente relacionado à sua produção.
Um painel solar fotovoltaico consiste em várias células fotovoltaicas, a unidade básica para gerar a tecnologia, e consiste em um material semicondutor.
Esta tecnologia remonta aos anos 50 e foi desenvolvida pela Bell Laboratories e foi posteriormente utilizada em satélites espaciais nos anos 60.
Os painéis solares juntamente com outros dispositivos formam os chamados sistemas fotovoltaicos, que agora são usados por milhões de instalações no Fornecimento ao mundo apenas com energia solar.
De todas as tecnologias para geração de energia renovável, a fotovoltaica foi a que mais cresceu nos últimos anos com 94 gigawatts (GW) recém-instalados em 2018, segundo dados da Agência Internacional de Energia Renovável (IRENA).
Com 486 gigawatts, a energia solar ocupa a terceira posição entre as fontes renováveis com maior capacidade instalada, atrás das fontes hídricas (1.172 GW) e eólica (564 GW).
Este crescimento acelerado reflete os muitos benefícios e vantagens que a tecnologia traz aos consumidores, pois eles economizam até 95% na maior conta de luz.
Como funciona a energia solar?
O funcionamento da energia solar fotovoltaica baseia-se no conceito de efeito fotoelétrico, fenômeno observado pela primeira vez pelo físico francês Alexandre Edmond Becquerel em 1839 e confundido com o efeito fotoelétrico devido à sua semelhança.
Ainda jovem e com o primeiro componente eletrônico da história, Becquerel conduzia experimentos eletroquímicos na oficina de seu pai quando acidentalmente descobriu que eletrodos de platina e prata desencadeavam o efeito quando expostos à luz.
Simplificando, o efeito fotovoltaico consiste na Criação de uma tensão elétrica em um material semicondutor devido à liberação de elétrons de sua superfície quando ele é mais facilmente exposto à radiação de fótons.
Esta descoberta levou a vários estudos na área, que levaram ao aparecimento das primeiras células solares em 1883, cuja composição principal era o Selênio (Se).
Célula fotovoltaica
Uma célula fotovoltaica, também conhecida como célula solar, é a unidade básica da energia fotovoltaica e é responsável por converter luz em eletricidade.
A grande maioria das células solares fabricadas e comercializadas em todo o mundo são feitas de silício (Si), um material semicondutor e o segundo elemento químico mais abundante na crosta terrestre.
O que ocorre é que um semicondutor está em seu estado puro (ou intrínseco) devido à recombinação dos elétrons pelos átomos do elemento que o compõe.
Então, para fazer uma célula fotovoltaica, o silício passa por um processo chamado dopagem, que recombina sua formação original com outros elementos como o fósforo (P) e o boro (B).
Esta recombinação cria duas camadas semicondutoras opostas, uma positiva (tipo P, sem elétrons) e uma negativa (tipo N, elétrons deixados para trás).
Essas camadas são colocadas juntas dentro da célula, com a negativa na parte de cima e a positiva na parte de baixo, e uma fina grade unindo as duas
Quando os fótons atingem a célula, eles reagem com os átomos de silício dopados e fazem com que os elétrons se desprendam no lado negativo.
Esses elétrons não podem ir diretamente para o lado positivo devido a um campo elétrico e vice-versa é gerado nesta área de interseção.
Portanto, a única maneira para eles é através da fina grade que conecta as camadas e cria a corrente elétrica que chamamos de energia solar fotovoltaica.
Vemos, então, que a função de uma célula solar está diretamente ligada à quantidade de luz que a atinge, mas nem toda luz incidente é convertida em energia.
Isso acontece porque os fótons têm cargas de energia diferentes e apenas aqueles com cargas suficientes são capazes de liberar os elétrons do semicondutor.
Fótons com excesso ou menos energia somam mais de 50% da luz que atinge uma célula fotovoltaica.
Além de outras perdas, como sombreamento dos contatos frontais e resistores em série, o componente de luz de uma célula solar representa apenas 13% do total da radiação solar irradiada.
Uma célula fotovoltaica pode converter qualquer tipo de energia luminosa em eletricidade.
Tipos de células fotovoltaicas
Embora as células de silício sejam as mais populares, elas são divididas em dois modelos diferentes e se unem a outros tipos de células usados em todo o mundo.
Os principais são:
Células de silício cristalizadas
As células de silício foram desenvolvidas desde os anos 50, quando sua eficiência era de apenas 6%, mas após anos de evolução nas técnicas de produção, hoje eles superam os outros e dominam o mercado.
A maioria das grandes e micro atualmente operadas em todo o mundo – As usinas fotovoltaicas usam painéis solares com células de silício cristalizadas, principalmente do tipo policristalino.
Areia e quartzo são as formas mais comuns encontradas na natureza para a extração de silício, que passa por processos de limpeza complexos e caros. Existem dois tipos de células de silício cristalizadas:
Silício monocristalino (m-Si)
Feitas de uma forma mais pura de silício, as células monocristalinas têm a maior eficiência de conversão elétrica das células fotovoltaicas, abaixo de 15% a 18 %, mas são mais caros devido aos processos necessários para obter o cristal de silício puro.
Silício policristalino (p-Si)
Por usar uma forma menos pura de silício, as células policristalinas são mais baratas, mas são menos eficientes do que as células monocristalinas, entre 13% e 15%.
Células de filme fino
Com este tipo de célula, também chamado de célula de filme fino, o semicondutor é aplicado a uma superfície fina de vidro ou plástico, o que o torna flexível e adequado para várias aplicações fotovoltaicas.
Eles absorvem a radiação luminosa e são muito bons porque usam menos material semicondutor, mais barato que o silício cristalizado, mas com menor eficiência de conversão elétrica.
Silício amorfo (a-Si)
A palavra amorfo significa sem forma, o que significa que este silício não tem propriedade cristalina, é formado por absorção de hidrogênio e leva a uma célula com baixa eficiência entre 8% e 10%, que ainda é degradada pela exposição à luz nos primeiros meses de uso.
Kit de energia solar
Não é apenas um agrupamento de painéis que garantem a criação de um sistema fotovoltaico, mas um conjunto de dispositivos que devem ser ligados e instalados, denominado kit de energia solar.
Esses kits podem ser usados para cobrir qualquer nível de uso de eletricidade, desde pequenas aplicações como bombas de água até cobrir as necessidades de uma casa inteira, dependendo da complexidade, do equipamento usado e até mesmo da nomenclatura correta.
É comum encontrar nomes diferentes para esses kits na internet, como no site da Hora barata, por exemplo que vende os seguintes kits: Kit gerador solar fotovoltaico, kit painel solar ou simplesmente kit solar.
Dependendo da aplicação, o tipo de kit de energia solar necessário será diferente e terá mais ou menos equipamentos.
No entanto, em geral, um kit de energia solar fotovoltaica deve conter um ou mais dos equipamentos listados abaixo: Módulo solar fotovoltaico: é o conjunto de módulos fotovoltaicos.
Inversor fotovoltaico interativo: recebe e converte a energia gerada pelos painéis para o padrão que utilizamos em nossas tomadas, além da alocação da hora Energia não utilizada que pode ser alimentada na rede elétrica (com conectada outros danos elétricos, bem como a chave de acesso para desligar o sistema em caso de reparos.
Suporte para painel solar: São as calhas e outros componentes necessários para fixar os módulos ao telhado ou, se instalado ao nível do solo, o suporte do painel solar à altura adequada.
Cabeamento: todos os conjuntos de cabos e conectores para estabelecer a conexão elétrica entre os dispositivos do kit de energia solar fotovoltaica.
Banco de baterias: Como os sistemas só geram energia durante o dia, essas baterias são utilizadas durante as horas de sol e à noite quando o sistema não está gerando fornecem o consumo.
Controlador de carga: equipamento que gerencia o carregamento das baterias, abastece-as de forma otimizada e evita desperdícios e sobrecargas.
Inversor Solar
Ele é conhecido como o cérebro de um sistema fotovoltaico, o inversor solar.
O inversor solar fotovoltaico é o dispositivo responsável por converter o fluxo de energia gerado pelos painéis solares (de corrente contínua em corrente alternada) para que possa ser utilizado por eletrodomésticos.
Devido às formas tradicionais de geração e através da transmissão elétrica a energia que utilizamos nas nossas tomadas chega-nos em corrente alternada.
Por este motivo, a grande maioria dos aparelhos elétricos (eletrodomésticos, eletrônica, iluminação, telecomunicações, etc.) são construídos para ligação direta com corrente alternada à rede elétrica.
A geração de energia elétrica por células fotovoltaicas é um processo físico-químico em que as propriedades elementares dos materiais de que são feitas as células fotovoltaicas liberam elétrons quando expostas à luz.
Os elétrons fluem sempre na mesma direção, do topo das células fotovoltaicas para baixo (usando o exemplo de uma célula solar fotovoltaica de silício), de modo que a corrente elétrica gerada é do tipo corrente contínua.
Por este motivo é necessário utilizar o fotovoltaico -Para utilizar inversores para poder utilizar aquela lâmpada, televisão, geladeira, etc. que recebem energia em corrente alternada.
Existem dois tipos de inversores solares que atendem aos dois tipos de sistemas fotovoltaicos existentes: na rede e fora da rede.
Inversor Fora da Rede
Inversor Solar Fora da Rede ou Inversor Autônomo é usado em sistemas conectados ou fora da rede (em inglês).
Eles retiram energia de corrente contínua diretamente de um banco de baterias, convertem-na em corrente alternada e fornecem energia elétrica aos consumidores diretamente para a rede, já que é incapaz de interagir com o sinal de corrente alternada presente na rede elétrica.
Inversor On-Grid
Este tipo de inversor fotovoltaico é projetado de forma a interagir com o sinal de corrente alternada existente na rede elétrica.
Os inversores internos da rede, também conhecidos como inversores interativos, são específicos da rede e se comportam automaticamente como a unidade de controle do sistema fotovoltaico conectado à rede.
Um inversor interativo se comporta como um misturador de energia que mistura a energia solar com a elétrica convencional e permite que essa energia seja utilizada por qualquer dispositivo conectado à rede elétrica.
Uma vez que estão permanentemente conectados à rede elétrica, os dispositivos de interação do inversor devem ser capazes de fornecer a corrente alternada da forma mais perfeita possível.
Você reconhecerá qualquer anomalia que apareça na rede, como z percebido quando o brilho das lâmpadas varia) ou frequência e especialmente quedas de tensão.
Estando o inversor permanentemente ligado à rede, deve desligar-se automaticamente em caso de queda de tensão (blackout), para evitar que seja desligado corre-se o risco do serviço de manutenção.
Este comportamento é conhecido como anti-ilhamento. A ilha é uma unidade consumidora, como a sua casa (ou trecho da rede), que seria abastecida com energia em caso de problemas na rede elétrica.
Isso não seria apenas para técnicos de manutenção e para a rede, mas também para o próprio gerador, que poderia estar sobrecarregado e danificado.
É precisamente por causa dessas propriedades que um inversor interativo não funciona como um inversor autônomo.
Com todas essas informações em mãos, não há porque não fazer um orçamento e aderir à energia solar e os diversos benefícios proporcionados por essa forma de gerar energia.
Caso tenha dúvidas, entre em contato com a Hora Barata e conheça as melhores opções de kits de energia solar para sua casa.
Vantagens da Energia Solar
- Economia supreendente de até 95 % na conta de energia
- Seguro contra os aumentos da conta de luz
- Geração de Energia Sustentável e Limpa
- Garantia de 30 anos
