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Energia solar: o que é, como funciona, vantagens e tipos

28 de julho 2023, 16:00

Painéis de energia solar em fundionamento na telha de uma casa
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A energia solar ocupa grande destaque atualmente.

E isso não se dá apenas pelos seus benefícios ao meio ambiente.

Sua geração foi a que mais se expandiu nos últimos anos, com 22% de aumento da capacidade, de acordo com a Agência Internacional de Energia (IEA).

No Brasil, essa fonte de energia limpa não fica para trás, sendo hoje responsável por 13% da geração da eletricidade consumida no país, ficando atrás apenas da fonte hidráulica.

Tudo leva a crer que, nos próximos anos, a participação da energia fotovoltaica só deve aumentar.

Primeiro, em razão da urgência em reduzir e eliminar a dependência de combustíveis fósseis que liberam CO2 na atmosfera, agravando o aquecimento global.

Não menos importante, por ser uma fonte de energia quase infinita, se considerarmos que o sol só deve se extinguir daqui a bilhões de anos.

Sobram motivos para investir nessa fonte de geração de energia, que certamente vai se consolidar no curto prazo.

Você pode fazer parte desse movimento global em que grandes mudanças estão para acontecer.

Comece lendo este conteúdo em que vamos mostrar o que é energia solar, como funciona a energia solar, suas vantagens e desvantagens.

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O que é energia solar?

A energia solar é uma forma de energia renovável que é obtida a partir da radiação solar, uma das fontes mais limpas e sustentáveis disponíveis.

A forma como a energia solar é aproveitada baseia-se no uso de painéis solares, também conhecidos como células fotovoltaicas, que convertem a luz solar em eletricidade.

A utilização da energia solar remonta à Antiguidade Clássica, com relatos históricos que indicam que os antigos gregos e romanos já utilizavam a luz solar para aquecimento de água em banhos.

Porém, foi somente no século XIX que descobertas científicas e avanços tecnológicos significativos contribuíram para a exploração em larga escala.

Essa história passa por 1839, ano em que o físico francês Alexandre Edmond Becquerel descobriu o efeito fotovoltaico, que descreve a capacidade dos materiais de converterem a luz solar em eletricidade.

Nos últimos anos, os avanços tecnológicos têm permitido a produção em massa de painéis solares mais eficientes e acessíveis, impulsionando o crescimento da energia solar mundialmente.

Lembrando que a exploração e utilização da energia solar desempenha um papel fundamental na transição para uma matriz energética mais sustentável.

Também é a esperança de redução das emissões de carbono e gases de efeito estufa, contribuindo para o combate às mudanças climáticas.

Ainda neste texto, vamos avançar na explicação sobre como funciona a energia solar, o que vai tornar a sua importância ainda mais evidente.

Para que serve a energia solar?

Painéis de captação de energia solar enfileiradas em uma usina
A energia solar pode atender à uma variedade de necessidades

A energia solar é captada e convertida para atender a uma ampla variedade de necessidades energéticas.

A eletricidade eco friendly obtida a partir da luz solar pode ser utilizada para alimentar residências, empresas e até mesmo comunidades inteiras.

Também é aplicada em sistemas de aquecimento solar de água, por meio de coletores solares que absorvem o calor do sol para aquecimento.

Essa água pode ser utilizada para banhos, piscinas, aquecimento de ambientes e processos industriais.

Além disso, a energia solar é empregada em sistemas de bombeamento de água, especialmente em áreas remotas onde a infraestrutura elétrica é escassa.

Esses sistemas utilizam a energia do sol para alimentar bombas que extraem água de poços, rios ou reservatórios, tornando-se uma solução sustentável para a irrigação agrícola e o fornecimento de água potável.

No Nordeste brasileiro, por exemplo, onde a luz solar incide com força praticamente o ano todo, essa é uma excelente opção.

Outra aplicação da energia solar é na iluminação, com lâmpadas e luminárias diretamente alimentadas por energia solar.

Elas são empregadas em áreas rurais, parques, estradas e em situações de emergência, proporcionando iluminação sem a necessidade de conexão com a rede elétrica convencional.

A energia solar também desempenha um papel importante na geração distribuída.

Os painéis podem ser instalados em telhados ou terrenos para suplementar o consumo de energia de uma propriedade ou para fornecer energia para a rede elétrica.

No contexto global, a energia solar contribui para a redução das emissões de gases de efeito estufa, promovendo a segurança energética.

Isso sem contar os empregos criados pela indústria solar, que impulsiona o desenvolvimento sustentável, permitindo que as comunidades se tornem menos dependentes de fontes de energia poluentes.

Como funciona a energia solar?

Como vimos, um sistema de energia solar funciona por meio da conversão da luz solar em eletricidade.

O processo de geração de energia solar envolve principalmente o uso de painéis solares, as células fotovoltaicas.

Esses painéis são compostos por materiais semicondutores, como o silício, que têm a propriedade de liberar elétrons quando expostos à luz solar.

Quando a luz solar incide sobre os painéis solares, os fótons presentes na luz excitam os elétrons dos átomos do material semicondutor.

Esses elétrons excitados são então liberados, criando uma corrente elétrica.

Esse processo é conhecido como efeito fotovoltaico.

Os painéis solares são conectados em série ou em paralelo para formar um sistema fotovoltaico.

O sistema também inclui inversores, que convertem a corrente contínua gerada pelos painéis solares em corrente alternada, que é a forma de energia elétrica utilizada em residências e empresas.

A eletricidade gerada pelos painéis solares pode ser utilizada diretamente no local onde é produzida, para alimentar aparelhos eletrônicos e sistemas elétricos.

O excesso de energia pode ser armazenado em baterias solares ou injetado na rede elétrica, por meio de sistemas de geração distribuída.

Nos sistemas de aquecimento solar de água, os coletores solares absorvem o calor do sol e transferem-no para a água, que circula por tubos dentro dos coletores.

Esse calor é utilizado para aquecer a água, que pode ser armazenada em um reservatório para uso posterior.

Como se obtém a energia solar?

Pespectiva vista de baixo de um painel captando energia solar
A energia solar pode ser aproveitada de diferentes formas

Um sistema de energia solar usa basicamente dois métodos para ser abastecido: direto e indireto.

Ambos têm como objetivo aproveitar a luz solar para a geração de energia, mas são diferentes em suas abordagens.

No método direto, é utilizado o sistema fotovoltaico, que consiste em painéis solares.

Como vimos, esses painéis são compostos por células fotovoltaicas feitas de materiais semicondutores, geralmente silício.

Já no método indireto, a energia solar é utilizada para aquecimento.

Nesse caso, são utilizados coletores solares térmicos, que são compostos por tubos metálicos ou plásticos nos quais circula um fluido.

A luz solar incide sobre esses tubos, aquecendo o fluido em seu interior.

Além dos métodos direto e indireto de obtenção de energia solar, existem também os sistemas passivos e ativos para uso dessa energia.

Os sistemas passivos são projetados para aproveitar a energia solar de forma natural, sem o uso de componentes mecânicos ou eletrônicos.

Um exemplo comum de sistema passivo é o design arquitetônico que utiliza o posicionamento estratégico de janelas, paredes e telhados para maximizar a entrada de luz solar e o aproveitamento do calor do sol.

Essa abordagem é comumente utilizada em construções sustentáveis para iluminação natural e aquecimento passivo dos ambientes.

Já os sistemas ativos utilizam componentes mecânicos e eletrônicos para direcionar, armazenar e utilizar a energia solar de forma mais controlada.

Um exemplo disso é o rastreamento solar, onde painéis solares são montados em estruturas motorizadas que seguem o movimento do sol ao longo do dia para maximizar a captura de luz.

Outro exemplo são os sistemas de armazenamento de energia, como baterias solares, que permitem o armazenamento da eletricidade gerada pelos painéis solares para uso posterior, inclusive durante períodos de pouca ou nenhuma incidência solar.

Quais são os três tipos de energia solar?

A energia solar pode ser aproveitada de diferentes formas.

Todas se destinam ao abastecimento de energia elétrica, diferenciando-se apenas pela maneira como a luz solar é captada e distribuída.

Dessa forma, existem três tipos de energia solar, como veremos a seguir.

Energia solar fotovoltaica

A energia fotovoltaica é um tipo de energia solar que utiliza painéis solares fotovoltaicos para converter diretamente a luz do sol em eletricidade.

Esse sistema é composto por células fotovoltaicas feitas de materiais semicondutores que têm a capacidade de gerar eletricidade quando expostas à luz solar.

Existem três principais tipos de sistemas fotovoltaicos.

Os mais comuns são os sistemas conectados à rede, projetados para alimentar a eletricidade gerada pelos painéis solares diretamente na rede elétrica.

A eletricidade é utilizada localmente ou vendida à concessionária de energia, gerando créditos ou reduzindo a conta de eletricidade.

Eles são usados para alimentação de cidades, residências, empresas e edifícios comerciais, com a vantagem de reduzir os custos de eletricidade.

Outro sistema fotovoltaico são os isolados/off-grid, utilizados em áreas remotas sem acesso à rede elétrica.

Eles armazenam a eletricidade gerada pelos painéis solares em baterias solares para uso durante a noite ou em períodos de pouca luz solar.

Assim, são amplamente empregados para a eletrificação de áreas rurais e para fornecimento de energia em locais remotos como acampamentos e até embarcações.

O terceiro sistema fotovoltaico são os híbridos, que combinam energia fotovoltaica com outras fontes de energia, como turbinas eólicas ou geradores a diesel.

Assim, eles permitem diversificar as fontes de energia e garantir a disponibilidade contínua de eletricidade.

Energia solar térmica

Já a energia solar térmica aproveita a radiação solar para aquecer fluidos, como a água, por meio de coletores solares térmicos.

O funcionamento desse sistema envolve diversos componentes interligados.

O principal componente é o coletor solar térmico, composto por uma superfície absorvedora e um tubo onde circula o fluido a ser aquecido.

Quando a luz solar incide sobre o coletor, a superfície absorvedora retém o calor e transfere para o fluido, aquecendo-o.

O fluido aquecido circula por meio de uma bomba ou por convecção natural em um circuito fechado, passando por um reservatório de armazenamento térmico.

Esse reservatório armazena o calor capturado durante o dia para uso posterior, como o aquecimento de água para banhos, piscinas ou para o aquecimento de ambientes.

Em sistemas mais complexos, um permutador de calor é utilizado para transferir o calor do fluido aquecido para outro fluido, como a água potável.

Isso garante a separação entre os fluidos e evita a contaminação da água potável pelo fluido de transferência.

Energia solar heliotérmica

Também conhecida como energia solar concentrada, a energia heliotérmica é um método avançado de geração de energia que utiliza a radiação solar para gerar calor de alta temperatura, que é então convertido em eletricidade.

Esse sistema é baseado no uso de espelhos ou lentes para concentrar a luz solar em um ponto focal, onde um receptor absorve o calor.

Para isso, ela utiliza os seguintes dispositivos:

  • Coletor solar: espelhos ou lentes chamados heliostatos para refletir e concentrar a luz solar em um ponto específico
  • Receptor solar: localizado no ponto focal dos heliostatos, é responsável por absorver a radiação solar concentrada, convertendo-a em calor de alta temperatura
  • Sistema de transferência de calor: o calor gerado pelo receptor é transferido para um fluido de trabalho, como óleo térmico ou sais fundidos. Esse fluido é aquecido a altas temperaturas e é utilizado para gerar vapor
  • Turbina e gerador: por fim, o vapor gerado pelo fluido de trabalho é direcionado para uma turbina, que aciona um gerador para produzir eletricidade.

A energia heliotérmica é especialmente adequada para usinas de grande escala, onde campos de heliostatos são instalados para concentrar a luz solar em receptores centrais.

Existem diferentes tecnologias de energia heliotérmica, como torres solares, discos parabólicos e calhas lineares.

Sua principal vantagem é armazenar calor em materiais termoacumuladores para uso durante períodos sem luz solar, permitindo uma geração de eletricidade contínua.

Vantagens e desvantagens da energia solar

Como todo mecanismo que depende da tecnologia, um sistema de energia solar apresenta prós e contras, ainda que no geral a relação custo-benefício seja muito positiva.

Confira na tabela abaixo as principais vantagens e desvantagens da energia solar:

VantagensDesvantagens
É uma fonte de energia renovável, pois é baseada na luz do sol, que é inesgotável e está quase sempre disponívelA disponibilidade de luz solar pode variar em diferentes regiões geográficas, limitando o potencial de aproveitamento em regiões menos ensolaradas
Não produz emissões significativas de gases de efeito estufa, contribuindo para a redução do impacto ambiental e das mudanças climáticasA tecnologia de armazenamento ainda está em desenvolvimento, forçando a recorrer a sistemas auxiliares de armazenamento ou à conexão com a rede elétrica
Reduz a dependência de fontes de energia não renováveis, como carvão, petróleo e gás naturalA produção de painéis solares envolve o uso de materiais e processos que podem ter impacto ambiental, como a extração de metais e o consumo de energia
Baixo custo de operação e manutenção, em comparação com outras fontes de energiaDepende do avanço contínuo da tecnologia, o que pode implicar em atualizações e substituições de equipamentos ao longo do tempo
Permite a geração distribuída, onde a eletricidade pode ser produzida e consumida localmente, reduzindo a necessidade de extensas redes de transmissãoPara instalações de grande escala, como usinas solares, é necessária uma área considerável de terreno, o que pode ser limitante em áreas urbanas densas
Os painéis podem ser instalados em telhados de edifícios, estacionamentos, terrenos baldios e outras áreas ociosas, aproveitando espaços que normalmente não seriam utilizadosOs custos iniciais de instalação de sistemas solares podem ser altos, embora tenham diminuído significativamente nos últimos anos
Há países que oferecem incentivos financeiros, como subsídios e tarifas de alimentação, para estimular a adoção da energia solarDepende da disponibilidade de luz solar, o que a torna intermitente e variável.

A importância da energia solar para o meio ambiente

Mesmo considerando as vantagens e desvantagens da energia solar, é inegável que essa é a fonte energética do futuro.

Afinal, é renovável, limpa e não libera gases de efeito estufa durante sua operação.

Ao substituir gradualmente as fontes de energia baseadas em combustíveis fósseis, a energia solar contribui para a redução da poluição do ar, mitigação das mudanças climáticas e preservação dos recursos naturais e do meio ambiente.

A energia solar é também uma solução descentralizada, permitindo a geração local de energia e reduzindo a necessidade de extensas redes de transmissão.

Finalmente, a transição para uma matriz energética mais sustentável é fundamental para garantir um futuro para a humanidade e perpetuar a própria raça humana.

O cenário da energia solar no Brasil e no mundo

Painéis solares sendo aplicados no teto de uma fábrica, a fim de aproveitar melhor a captação da energia solar
A expectativa é que a captação da energia solar cresça cada vez mais nos próximos anos

A energia solar tem ganhado cada vez mais destaque em escala global.

No Brasil, o potencial solar é vasto, devido ao clima tropical e às extensas áreas com intensa incidência solar.

O país tem investido na expansão da energia solar, com o aumento significativo da capacidade instalada nos últimos anos.

Só em 2022, foram adicionados 9,3 GW de energia fotovoltaica, segundo o Portal Solar, configurando um aumento de quase 66%.

Esse crescimento indica que o Brasil continuará a avançar nesse setor, impulsionado por políticas de incentivo e redução de custos.

Globalmente, a energia solar tem apresentado um crescimento exponencial, impulsionado pela redução de custos dos painéis solares e pelo aumento da conscientização sobre os benefícios ambientais.

Segundo a IEA, a capacidade de geração passou para 179 TWh em 2021, um aumento de 22%.

Portanto, a expectativa é que, para os próximos anos, floresça um grande mercado em torno da energia solar.

Você pode sair na frente, preparando-se para ser o profissional que as empresas querem ter.

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