A palavra “energia” significa a capacidade de realizar trabalho. A necessidade de energia no mundo aumenta a uma dimensão muito elevada devido ao crescimento natural e ao uso de novas tecnologias. A fonte dos combustíveis dos quais dependemos, como carvão, gás e petróleo, é finita. O aumento da queima de combustíveis levanta preocupações sobre o aquecimento global e a poluição do ar . Devido à dependência excessiva dos combustíveis fósseis para energia, eles estão se esgotando, é necessário encontrar fontes alternativas de energia, e uma fonte alternativa é o sol .
A energia solar é a luz radiante e o calor do sol que é aproveitado usando uma variedade de tecnologias em constante evolução, como aquecimento solar, energia solar térmica, arquitetura solar e fotossíntese artificial.
É também uma fonte essencial de energia renovável, e suas tecnologias são amplamente caracterizadas como solar passiva ou solar ativa, dependendo de como capturam e distribuem a energia solar ou a convertem em energia solar.
Objetivos de aprendizado
Ao final desta lição, você deverá ser capaz de:
O sol é uma fonte de energia extremamente poderosa, e a luz solar é de longe a maior fonte de energia recebida pela Terra. A radiação solar ou luz solar que atinge o solo consiste em quase 50% de luz visível, 45% de radiação infravermelha e quantidades menores de ultravioleta e outras formas de radiação eletromagnética. A energia solar é simplesmente a luz e o calor que vêm do sol. A energia solar é a fonte de energia renovável mais limpa e abundante disponível.
Formas de energia solar
Conforme ilustrado acima, o painel solar é responsável por coletar a luz do sol ou radiação solar e convertê-la em energia elétrica. O controlador de carga solar regula o fluxo de corrente do painel solar para a bateria. O controlador monitora a tensão da bateria e reduz a corrente quando a bateria está totalmente carregada. A bateria armazena energia para uso posterior. Um inversor converte corrente contínua (que gera energia solar) em corrente alternada (que é usada na rede elétrica). O medidor mede a quantidade de energia usada por eletrodomésticos, como geladeiras, lâmpadas e televisão.
A energia solar pode estar em qualquer uma das seguintes formas;
A radiação solar pode ser convertida em energia térmica ou elétrica .
Energia térmica
Os dispositivos mais comuns usados para capturar a energia solar e convertê-la em energia térmica são os coletores de placa plana, que são usados para aplicações de aquecimento solar. Devido à intensidade da radiação solar na superfície da Terra ser baixa, esses coletores devem ter uma área grande. Por exemplo, um coletor deve ter uma área de superfície de cerca de 40 metros quadrados (430 pés quadrados) para reunir a energia necessária para uma pessoa.
Os coletores de placa plana mais utilizados consistem em uma placa de metal enegrecido, coberta com uma ou duas folhas de vidro, que é aquecida pela luz do sol que incide sobre ela. O calor da luz do sol é então transferido para o ar ou para a água, chamados fluidos transportadores, que passam pela parte de trás da placa. Este calor pode ser usado diretamente ou pode ser transferido para outro meio de armazenamento. O armazenamento de calor para uso à noite ou em dias nublados é feito por meio de tanques isolados para armazenar a água aquecida nos períodos de sol. Os coletores de placa plana normalmente aquecem o fluido transportador a temperaturas que variam de 66 a 93 graus Celsius. A eficiência desses coletores varia de 20 a 80 por cento, dependendo do projeto do coletor.
Outro método de conversão de energia térmica é encontrado em lagoas solares, que são corpos de água salgada projetados para coletar e armazenar energia solar. O calor extraído dessas lagoas permite a produção de produtos químicos, alimentos, têxteis, piscinas e gado. As lagoas solares são bastante caras para instalar e manter e geralmente são limitadas a áreas rurais quentes.
Geração da eletricidade
A radiação solar pode ser convertida diretamente em eletricidade por células solares. Nessas células, uma pequena voltagem elétrica é gerada quando a luz atinge a junção entre um metal e um semicondutor (como o silício) ou a junção entre dois semicondutores. A energia gerada por uma única célula fotovoltaica é de cerca de dois watts. A eficiência energética da maioria das células fotovoltaicas atuais é de apenas cerca de 15 a 20% e, como a intensidade da radiação solar é baixa, para começar, conjuntos grandes e caros dessas células são necessários para produzir quantidades moderadas de energia.
Unidades maiores de células fotovoltaicas têm sido usadas para fornecer energia para bombas de água e sistemas de comunicação em áreas remotas e satélites de comunicação.
Painéis clássicos de silício cristalino e tecnologias emergentes que usam células solares de película fina, incluindo painéis fotovoltaicos integrados em edifícios, podem ser instalados por proprietários de empresas e residências em seus telhados para substituir o fornecimento elétrico convencional.
As usinas de energia solar concentrada empregam coletores de concentração ou focalização para concentrar a luz solar recebida de uma área ampla em um pequeno receptor escurecido, aumentando consideravelmente a intensidade da luz para produzir temperaturas mais altas. As matrizes de espelhos ou lentes cuidadosamente alinhadas podem focar luz solar suficiente para aquecer uma temperatura alvo de 2.000 graus Celsius ou mais. Esse calor pode então ser usado para operar uma caldeira, que por sua vez gera vapor para uma usina de geração elétrica de turbina a vapor. Para produzir vapor diretamente, os espelhos móveis podem ser dispostos de modo a concentrar grandes quantidades de radiação solar em tubos enegrecidos através dos quais a água circula e, assim, é aquecida.
Outras aplicações
A energia solar é usada para produzir sal a partir da água do mar por evaporação. Unidades de dessalinização movidas a energia solar transformam água salgada em água potável convertendo a energia do Sol em calor, direta ou indiretamente, para conduzir o processo de dessalinização.
A tecnologia solar também surgiu para a produção limpa e renovável de hidrogênio como fonte alternativa de energia.
Fatores que afetam o desempenho do sistema de energia solar
1. Mudança do tempo
Como a exposição ao calor pode degradar prematuramente a produção diária das células solares, altas temperaturas levam a uma queda na tensão e uma queda na potência geral. As células solares funcionam melhor em climas frios do que em climas quentes. Portanto, um aumento nas temperaturas acima de 25 graus Celsius leva à queda da produção do painel solar.
2. Sombreamento
Quando a sombra incide mesmo em uma pequena parte do painel solar, a corrente em toda a cadeia é reduzida. As células sombreadas afetam o fluxo de corrente de todo o sistema de energia solar.
3. Orientação do telhado
O ângulo de inclinação dos painéis solares deve ser ajustado ativamente de acordo com as mudanças nas estações, latitude e longitude e horas de sol.
4. Limpeza do painel solar
A limpeza da superfície do painel solar está diretamente ligada à conversão de energia fotoelétrica. Tempestades de areia, ambientes poluídos e chuvas são alguns fatores que podem desempenhar um papel na redução da eficiência dos módulos solares.
Vantagens e desvantagens da energia solar
As vantagens da energia solar são;
As desvantagens da energia solar incluem;
Resumo
